功能化β-CD/Fe3O4/GO的制备及其对重金属离子和染料的吸附

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随着全球工业化进程的不断推进,重金属离子和染料造成的水资源污染日趋严重,已经对生态环境和人类健康构成了严重威胁。所以,如何有效去除废水中的重金属离子和染料具有重要的研究意义。本研究首先利用不同的原位复合技术合成了β-环糊精/四氧化三铁/氧化石墨烯(β-CD/Fe3O4/GO)纳米复合物,再分别以3-巯基丙基三甲氧基硅烷(3-MPTS)和海藻酸钠(SA)为改性剂对其进行改性制备了巯基功能化的β-CD/Fe3O4/GO复合物(β-CD/Fe3O4/GO-SH)和SA功能化的β-CD/Fe3O4/GO(β-CD/Fe3O4/GO@SA),分别研究了其对水溶液中重金属离子和染料的吸附性能。(1)首先利用共沉淀法合成了β-CD/Fe3O4/GO纳米复合物,然后用3-MPTS对其进行巯基改性制备了β-CD/Fe3O4/GO-SH。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、N2吸附/脱附等温线、X射线光电子能谱仪(XPS)、热重分析仪(TGA)、振动样品磁强计(VSM)对样品的结构、形貌和成分进行了表征分析。研究了β-CD/Fe3O4/GO-SH在单一体系中对Ag(Ι)和亚甲基蓝(MB)的吸附性能,并考察了溶液pH值、溶液初始浓度和时间对其吸附性能的影响。样品的吸附动力学采用准一级和准二级动力学模型以及颗粒内扩散模型进行研究,通过Langmuir和Freundlich等温吸附模型研究样品的等温吸附过程。研究结果表明,成功制备了具有超顺磁性的β-CD/Fe3O4/GO-SH复合物,其在水溶液可完全实现磁分离。β-CD/Fe3O4/GO-SH对Ag(Ι)和MB的最大吸附量分别可达到101.87 mg/g和105.74 mg/g。XPS分析结果证明,β-CD/Fe3O4/GO-SH表面的巯基对Ag(Ι)具有优异的亲和力,吸附过程中Ag(Ι)被还原为Ag单质。β-CD/Fe3O4/GO-SH对Ag(Ι)和MB的吸附过程符合准二级动力学模型,这说明其吸附过程以化学吸附为主。β-CD/Fe3O4/GO-SH对Ag(Ι)的等温吸附过程符合Freundlich等温模型,表明Ag(Ι)在β-CD/Fe3O4/GO-SH表面为不均匀的多层吸附,而Langmuir等温线模型可更好的描述β-CD/Fe3O4/GO-SH对MB的等温吸附过程,说明此吸附以均匀的单层吸附为主。(2)通过溶剂热法合成了β-CD/Fe3O4/GO纳米复合物,再将β-CD/Fe3O4/GO分散到SA基体中,利用相转移法和冷冻干燥技术成功制备了β-CD/Fe3O4/GO@SA。通过扫描电子显微镜(SEM)、FTIR、N2吸附/脱附等温线和XPS对样品的结构、形貌和成分进行了表征分析。研究了β-CD/Fe3O4/GO@SA对Pb(ΙΙ)和MB的吸附性能,并探究了溶液pH值、溶液初始浓度和接触时间对吸附性能的影响。采用准一级和准二级动力学模型以及颗粒内扩散模型研究了样品吸附Pb(ΙΙ)和MB的吸附动力学,通过Langmuir和Freundlich等温吸附模型研究了样品的等温吸附过程。研究结果表明,成功制备了具有磁响应性和三维网状结构的β-CD/Fe3O4/GO@SA。β-CD/Fe3O4/GO@SA对Pb(ΙΙ)和MB的最大吸附量分别可达到415.02 mg/g和657.20 mg/g。β-CD/Fe3O4/GO@SA对Pb(ΙΙ)和MB的吸附过程都符合准二级动力学模型和Freundlich等温模型,说明β-CD/Fe3O4/GO@SA对Pb(ΙΙ)和MB的吸附机制主要是化学吸附,且该吸附过程为不均匀的多层吸附。
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