DTPA-壳聚糖/GO复合材料对重金属铜和阳离子染料的吸附去除

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重金属与染料是两类常见的对生态环境及人类健康危害严重的污染物。应用吸附法去除水溶液中的污染物具有效率高、操作简便、成本低及可重复使用等优点,因而开发各种新型吸附剂成为吸附法的研究热点之一。二乙基三胺五乙酸(简称DTPA)不仅是一种高效的重金属螯合剂,而且还可以作为壳聚糖分子的交联剂。为了进一步提高壳聚糖/氧化石墨烯复合吸附剂的吸附性能及稳定性,本文通过“一锅法”简便地合成得到DTPA-壳聚糖/氧化石墨烯复合吸附剂(简称DC/GO),并用于水溶液中重金属铜与阳离子染料亚甲基蓝的去除。具体研究结果如下:1)合成得到的几种DTPA-壳聚糖/氧化石墨烯复合材料分别为DC/GO-1、DC/GO-2、DC/GO-3、DC/GO-4,这些复合吸附剂中的壳聚糖与氧化石墨烯的比例依次减小,而DPCS为不含氧化石墨烯的DTPA-壳聚糖。分别用FTIR、BET、SEM及XRD等对材料的组成及结构进行了表征,并研究了壳聚糖与氧化石墨烯的比例对复合材料吸附铜离子与亚甲基蓝性能的影响。结果表明:与DPCS相比,复合吸附剂DC/GO-1、DC/GO-2的吸附性能都提高了。2)研究了DPCS、DC/GO-1、DC/GO-2对水溶液中铜(Ⅱ)离子的吸附性能。在水溶液中DPCS、DC/GO-1、DC/GO-2对铜(Ⅱ)离子的最大吸附容量分别为80.9 mg·g-1、105.5 mg·g-1和88.3 mg·g-1,三种材料的吸附动力学遵循拟二级动力学模型,DPCS的等温吸附数据符合Langmuir等温模型,而DC/GO-1、DC/GO-2符合Freundlich模型。3)探究了DPCS、DC/GO-1、DC/GO-2对水溶液中亚甲基蓝的吸附性能。在水溶液中DPCS、DC/GO-1、DC/GO-2对亚甲基蓝的最大吸附容量分别为749.3 mg·g-1、924.8 mg·g-1和799.2 mg·g-1,三种材料的吸附动力学遵循拟二级动力学模型,而等温吸附数据均符合Langmuir等温模型。4)研究了DC/GO-1的重复使用性能,重复五次对铜离子与染料亚甲基蓝的去除率仍在82%以上。5)观察DC/GO系列吸附剂在染料与铜离子体系的沉降效果,DC/GO复合材料沉降效果比DPCS或纯GO都更佳。6)探究了DPCS、DC/GO-1、DC/GO-2、DC/GO-3、DC/GO-4在铜离子与亚甲基蓝双组分体系的吸附情况,复合材料吸附铜离子主要是利用DTPA的螯合作用与GO上的羧酸基团,吸附染料主要是利用静电吸引。复合材料优先吸附铜离子,并且铜浓度变化会影响亚甲基蓝的吸附,亚甲基蓝浓度变化基本不影响铜离子的吸附。
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