β-环糊精/Fe3O4/氧化石墨烯的构筑及其对重金属离子和染料的吸附

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近年来,随着全球经济以及生产工业的快速发展,未经处理的含重金属离子和染料废水的大量排放使得水环境不断恶化,对生态系统和人类健康造成了严重威胁。因此,如何高效简便、经济环保的去除废水中的重金属离子和染料具有非常重要的研究意义。本研究基于β-环糊精(β-CD)具有良好的生物相容性和吸附选择性;Fe3O4磁性纳米粒子具有大的比表面积、磁响应性和生物相容性;氧化石墨烯(GO)表面具有丰富的含氧官能团和大的理论比表面积,通过简单的一锅法和原位复合技术构筑了一种具有环境友好型、选择吸附性和磁分离性的β-环糊精/Fe3O4/氧化石墨烯(β-CD/Fe3O4/GO)磁性纳米复合材料,以Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、亚甲基蓝(MB)为目标污染物,研究其对重金属离子和染料的吸附性能。以氧化石墨烯为载体,七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)为制备Fe3O4磁性纳米粒子的前驱体,氢氧化钠(NaOH)为沉淀剂,β-CD为改性剂,采用简单的一锅法和原位复合技术制备了β-CD/Fe3O4/GO磁性纳米复合物。通过透射电子显微镜(TEM),扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),热重分析仪(TGA),振动样品磁强计(VSM),N2吸附/脱附等温线,X射线电子能谱仪(XPS)和Zeta电位仪对样品的形貌、结构以及性能进行了表征分析。采用批次吸附实验方法探究了β-CD/Fe3O4/GO磁性纳米复合物对Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)重金属离子和MB在单一水溶液中的吸附性能,考察了溶液中Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和MB的初始浓度、溶液pH值和吸附时间对β-CD/Fe3O4/GO磁性纳米复合物吸附性能的影响。采用准一级动力学模型、准二级动力学模型和颗粒内扩散模型研究了样品的吸附动力学,利用Langmuir和Freundlich等温吸附模型研究了样品的等温吸附过程,进一步探究了样品的吸附机制。研究结果表明,成功制备了具有超顺磁性的β-CD/Fe3O4/GO磁性纳米复合物,其饱和磁化强度为10.69 emu·g-1,能够满足磁分离要求。β-CD/Fe3O4/GO磁性纳米复合物在室温下对Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和MB的最大吸附容量分别为279.21、51.29和93.97 mg·g-1,且吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,说明该吸附主要是发生在均质表面的单层化学吸附。
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