石墨烯负载α-SiMo11Mn对龙胆紫的吸附性能

曹 睿，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)

当前水体污染日益加重，工业废水中含有重金属、染料等污染物，使其成为处理的难点之一。传统的处理方法不足治理各种化学物质的污染[1]。吸附法[2]由于治理成本低、操作性强、不产生二次污染物等优点，成为处理染料废水最具成本效益的方法。杂多酸是具有酸性，氧化还原，光化学活性等特征[3-5]。石墨烯又叫单原子层石墨，能有效地去除水中的污染物[6-7]。如果将杂多酸和氧化石墨烯复合在一起，就可以提高其比表面积，提高其吸附性能，并且复合物不易溶于水，易于印染废水治理回收。

本文研究α-SiMo11Mn/GO复合材料对龙胆紫的吸附性能，并对催化剂用量、溶液pH、染料初始浓度等条件进行探究，确定反应最佳条件。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

TGL-16C高速台式离心机，上海梅香仪器有限公司；紫外光谱仪 (TU-1901)(北京普析通用仪器有限责任公司)；BJ-3控温磁力搅拌器，江苏金坛医疗器械厂。α-SiMo11n/GO(实验室自制)，其它所用试剂均为国产分析纯。

1.2 吸附实验

取一定浓度的100 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20min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 龙胆紫的最大吸收波长

用紫外-可见分光度计测定石英比色皿中龙胆紫5mL(12 mg/L)，对溶液进行全波段扫描(400～900 nm)，测量最大吸收波长，如图1所示。

图1 龙胆紫的吸收曲线Fig.1 Absorption curve of gentian violet

由图1可以得出：龙胆紫的最大吸收波长为580nm，因此本实验在波长580nm的情况下对其进行吸光度的测定。

2.2 龙胆紫溶液的初始pH值对吸附率的影响

配制15 mg/L龙胆紫溶液，用稀盐酸溶液或氢氧化钠溶液调节龙胆紫溶液的pH值，使其在 pH值=1、3、5、7、9 处，再分别加入8 mg α-SiMo11Mn/GO于溶液中。超声、避光，在室温下吸附 120 min，溶液的吸收度每20 min测量一次，结果见图2。

a.吸附率 b.吸附量

图2 pH值对龙胆紫吸附的影响曲线
Fig.2 Effect of pH on the adsorption of gentian violet

从图2可知，在pH值=9时，吸附效果最好，此时吸附量可达 63.91mg/g，吸附率最高达78.87%。这是因为 pH值 较小时，杂多酸阴离子在溶液中很容易与氢离子结合，吸附剂表面积累了大量的正电荷，正电荷的龙胆紫离子产生静电斥力导致吸附性差和吸附率低。

2.3 龙胆紫的初始浓度值对吸附率的影响

配制 5，10，15，20，25，30 mg /L龙胆紫溶液，然后用氢氧化钠溶液对龙胆紫溶液进行 pH值 调节，使其pH值=9处，再分别加入8 mg α-SiMo11Mn/GO于溶液中。超声、避光，在室温下吸附 100 min，每隔 20 min 测量溶液的吸光度，结果见图3。

a.吸附率 b.吸附量

图3 溶液浓度对龙胆紫吸附的影响曲线
Fig.3 Effect of solution concentration on adsorption of gentian violet

从图3可知，当龙胆紫溶液的初始质量浓度为 15 mg/L 时，吸附效果最好，吸附率可达 79.18%，此时吸附量达到 70.86 mg/g; 当质量浓度增大到 10 mg/L 以上时，超出了溶液里所加入的复合材料 α-SiMo11Mn/GO 的饱和吸附量，不能吸附溶液中剩余的龙胆紫，使吸附率降低。

2.4 催化剂用量对龙胆紫吸附率的影响

配制 15 mg/L 龙胆紫溶液，然后用氢氧化钠溶液对龙胆紫溶液进行 pH值 调节，使其 pH值 = 9，再分别加入3，5，7，9，11 mg α-SiMo11Mn/GO于溶液中。超声、避光，在常温下吸附 140 min，每隔 20 min 测量溶液的吸光度，结果见图4。

a.吸附率b.吸附量

图4 催化剂用量对龙胆紫吸附的影响曲线
Fig.4 Effect of catalyst dosage on adsorption of gentian violet

从图4可看出，当α-SiMo11Mn/GO用量为 5 mg时，龙胆紫的吸附效果最好，可达80.52%，吸附量为 70.23mg/g;但当催化剂用量为3 mg时，吸附量最大为 56.64mg/g，吸附率为68.88%。这是由于当α-SiMo11Mn/GO用量较少时，活性吸附点位少，达到吸附平衡时，还有大量的龙胆紫未被吸附，因而吸附率低; 当 α-SiMo11Mn/GO 用量增加时，部分α-SiMo11Mn/GO在未被吸附时被染料包覆，一些吸附剂未被充分利用导致吸附量低。

3 结论

复合材料α-SiMo11Mn/GO对龙胆紫的吸附效果良好，当溶液的初始pH值为9,龙胆紫溶液的浓度为15mg/L,α-SiMo11Mn/GO的用量为5mg。吸附率可达80.52%，吸附量可达70.23 mg/g。