β-环糊精功能化石墨烯对印染废水中酸性大红G和橙黄ΙΙ的吸附性能研究.docx

β-环糊精功能化石墨烯对印染废水中酸性大红G和橙黄ΙΙ的吸附性能研究任宏瑛童馨苇韩玉洁付鹏飞郭玉晶**(山西大学环境科学研究所，太原，030006）摘要本文合成了β-环糊精功能化的石墨烯纳米材料（β-CD-GNs），考察了其作为一种新型高效吸附剂对水中酸性大红G（ASG）和橙黄ΙΙ（Orange ΙΙ）的吸附性能.该材料结合了石墨烯和β-环糊精的特性，表现出对所述两种染料良好的吸附性能，吸附平衡时间小于3 min，吸附率达90%以上，β-CD-GNs对ASG和橙黄ΙΙ的最大吸附量为622.2和534.7 mg·g-1.另外，考察了β-CD-GNs用量、溶液pH、反应温度对吸附效果的影响及β-CD-GNs对ASG和橙黄ΙΙ的重复使用效果.结果表明：当溶液pH值为6.0，β-CD-GNs浓度达到25 mg·L-1时，吸附率最大，而且吸附率随反应温度升高而降低.通过对吸附数据进行线性拟合发现，β-CD-GNs对ASG和橙黄ΙΙ的吸附等温线符合Langmuir吸附等温式.该材料在印染废水的处理领域有潜在的应用价值.关键词β-环糊精功能化石墨烯，吸附，酸性大红G，橙黄ΙΙ.偶氮染料是合成染料中最重要的一类，它们广泛地应用在纺织纤维、皮革、塑料、纸张、头发、矿物油、蜡、食品和化妆品中.许多偶氮染料及其降解产物可能导致基因突变及癌变[1-2]，这使得废水中偶氮染料的处理非常重要.许多物理和化学方法，如反渗透、物理沉淀、电气浮、絮凝[3-5]等，已经应用于去除废水中的染料和其它有毒的化学物质.在去除废水中污染物的所有方法中，吸附是最有效的方法之一[6].到目前为止，很多吸附剂已经被用于去除废水中的染料，如活性炭[7]、碳气凝胶[8]、Fe3O4多孔纳米球[9]、ZnCl2活化的椰壳活性炭[10]等.虽然这些吸附剂在处理废水方面具有较好的性能，但仍存在一定的局限性，如复杂的吸附过程和较低的吸附率.因此，仍亟需开发简单、高效的吸附剂来满足生产需要.石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的单层二维，具有蜂窝状晶格结构的一种新型碳材料（比表面积2630m2·g-1），它与许多染料的芳香残基有强的π-π相互作用，但由于石墨烯片层间有较强的范德华力，容易发生聚集，从而使石墨烯的研究和应用受到限制[11-12]，需对其进行功能化改进.环糊精（CD）是由六、七或八个毗喃葡萄糖单元通过α-l, 4糖苷键形成的环状低聚化合物（分别是α, β或γ-环糊精）.环糊精分子为圆筒状结构，上下开口，上下两端因伯仲羟基的存在而使环糊精分子外部具有亲水性，而空腔内壁由于氢原子对氧原子的覆盖而具有疏水性[13]，故可以选择性的结合各种有机、无机、生物大分子等客体分子进入它的空腔，形成一种稳定的主-客体超分子体系.把环糊精修饰到石墨烯表面，可以有效地阻止石墨烯的聚集[14]，同时赋予了石墨烯新的功能.本文利用β-环糊精功能化的石墨烯纳米材料（β-CD-GNs）大的比表面积特性和主客体包合作用，研究了β-CD-GNs作为吸附剂对ASG和橙黄ΙΙ的吸附性能.实验部分（Experimental section）1.1 实验仪器与药品DK-98-I电子恒温水浴锅（天津市泰斯特仪器有限公司）；1-15K离心机（SIGMA Germany）；U-3010紫外可见光谱仪（Hitachi, Ltd. Tokyo,Japan）；电子天平BS124S（北京赛多利斯仪器系统有限公司）；920酸度计（Thermo Orion）；KQ2200B型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；JEM-2100 F透射电子显微镜（日本）；PERKIN ELMER TGA6热重分析（珀金埃尔默上海有限公司）；FTIR-8400S红外光谱仪（日本Shimadzu公司）；ESCALAB-MKII 250 X射线光电子能谱（美国Thermo scientific）.氧化石墨烯（采用Hummer方法合成[12]）；石墨烯(GNs)；β-环糊精(β-CD)；酸性大红G（ASG）和橙黄ΙΙ（Orange ΙΙ）（结构如下）；氨水，水合肼，氯化钾，氢氧化钠，磷酸二氢钾，磷酸氢二钠，盐酸均为分析纯，所用水为二次蒸馏水.1.2β-环糊精功能化石墨烯的合成参照课题组之前的合成方法[14]合成了β-CD-GNs，制备过程如下：将20 mL浓度为0.50 mg·mL-1氧化石墨烯水溶液加入到20 mL浓度为4 mg·mL-1β-CD水溶液中，混匀，再分别加入0.30 mL的氨水溶液和20 μL的水合肼，超声振荡混匀.60 ℃水浴3.5 h，得到稳定的黑色混悬液.通过0.22 μm的尼龙滤膜过滤收集固体，用二次水洗涤，重复洗涤3次，烘干后，得到β-CD-GNs固体粉末.1.3 吸附容量的测定将ASG和橙黄ΙΙ分别加入到β-CD-GNs和磷酸缓冲溶