PW12/CuO/GO复合材料对龙胆紫的吸附性能研究

2019-08-05马荣华

山东化工 2019年13期

闻琪，马荣华

(齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161000)

目前，随着生活水平的不断提高，人们对染料的要求也日益增加，人工合成染料被大量的用于印染行业，产生了更多的染料废水。并且现在的染料朝着抗光解、抗热、抗生物氧化的方向发展,从而，加大了染料废水的处理难度[1]。若废水未经有效处理直接排放到水中，将严重破坏水体，影响水生生物的光合作用，造成水体的透明度降低、降低了水体的自净能力，破坏了生态环境，危害了人类的健康[2]。染料废水的处理方式比较多，由于吸附法成本较低、操作简便，能吸附重金属离子，去除难处理物质，因此是常用的方法之一[3]。

石墨烯比表面积大，机械强度高，价格低廉，化学稳定性强，得到了广泛的应用，是一种理想的吸附剂[4]。而杂多酸催化能力强，结构稳定，腐蚀性小，是绿色环保的双功能催化剂[5]。将氧化石墨烯、杂多酸和氧化物制成三元催化剂，具有良好的吸附性能，有很好的应用前景。本文研究了PW12/CuO/GO对模拟染料废水龙胆紫溶液的吸附性能。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

722型分光光度计(山东高密彩虹分析仪器有限公司)，TU-1901型双光束紫外-可见分光光度计(北京普析公司)，PHS-4CT 精密酸度计(上海康仪仪器有限公司)，TGL-16C高速台式离心机(上海梅香仪器有限公司)，BJ-3控温磁力搅拌器(江苏金坛医疗仪器厂)。PW12/CuO/GO(实验室自制)，所用试剂均为国产分析纯。

1.2 龙胆紫的吸附实验

取一定浓度的50 mL龙胆紫样品并向其加入一定量的催化剂。将其置于黑暗处进行吸附，进行对比实验，用紫外分光光度计以20 min为间隔测定吸光度值A，并计算其吸附率 E，吸附量Q。公式如下：

(1)

(2)

其中，C0染料初始浓度；C为吸附平衡时的浓度；V为溶液体积；m为催化剂质量。

2 结果与讨论

2.1 PW12/CuO/GO用量的影响

取5份50 mL浓度为10 mg/L的龙胆紫溶液，调节pH值=7，测定初始吸光度A0。将3、5、7、9、11 mg的PW12/CuO/GO复合催化剂分别加入染料溶液中。避光超声数分钟后，转移到暗处进行染料吸附实验。每20 min测一组吸光度，总共吸附120 min，结果见图1。

由图1可知，当PW12/CuO/GO的用量为5 mg时，吸附量为61.46 mg/g，去除率为70.79%，龙胆紫的吸附效果为最佳。主要是因为当加入的催化剂小于5 mg时，活性吸附位点很小，不利于反应。当染料吸附达到平衡时刻，依然有大量龙胆紫没有被完全的吸附，因此吸附量少，去除率低。当加入过多时，吸附能力受到了限制，从而吸附量与去除率会逐渐降低。

图1 PW12/CuO/GO的用量对龙胆紫吸附的影响

Fig.1 Effect of the amount of PW12/CuO/GO on the adsorption of gentian violet

2.2 溶液的初始浓度的影响

准备浓度为5，10，15，20，25，30 mg/L的龙胆紫溶液，分别取50 mL染料溶液于小烧杯中。调节pH值=7，测量起始吸光度A0，向每个小烧杯中加入5 mg的PW12/CuO/GO复合催化剂。避光下超声数分钟，将溶液在暗处吸附120 min，每间隔20 min测量一组溶液的吸光度，结果见图2。

图2 染料浓度对龙胆紫吸附的影响

Fig.2 Effect of dye concentration on the adsorption of gentian violet

当染料的起始浓度为10 mg/L时，吸附量达到62.14 mg/g，去除率达到75.90%，吸附效果为最佳。这是因为当染料溶液的起始浓度小于10 mg/L时，催化剂没有得到完全的利用，导致染料吸附的不够完全。而当染料浓度逐渐增加时，超出了最大饱和吸附容量，去除率就只取决于催化剂表面电子和空穴的数量，导致吸附效果逐渐减弱。

2.3 溶液pH值的影响

图3 溶液的pH值对龙胆紫吸附的影响

Fig.3 Effect of pH of solution on adsorption of gentian violet

配置10 mg/L的龙胆紫溶液，分别取5份50 mL的染料溶液置于小烧杯中，用氢氧化钠溶液和稀盐酸溶液调节染料溶液的pH值=3，5，7，9，11，测量初始吸光度A0，分别加入5 mg的PW12/CuO/GO复合催化剂。避光超声后，将染料溶液放在避光处吸附120 min，每间隔20 min测一组溶液的吸光度，结果见图3。

当染料溶液的pH值=9时，PW12/CuO/GO对龙胆紫吸附的效果最佳。吸附量达到48.36 mg/g，去除率达到81.65%。这是由于当染料溶液的pH值小于9时，磷钨酸的阴离子和染料溶液的H+及其容易结合，催化剂表面含有大量与龙胆紫正离子互斥的正电荷。影响了对龙胆紫吸附的效果，而当溶液的pH值大于9时，杂多酸的阴离子容易发生分解，影响了对龙胆紫的吸附。