复合凝胶球的制备与吸附性能研究

引 言

随着社会的发展，人们生活水平的提高，染料广泛 应用 在 印 染、造 纸 和 纺 织 等 行 业，这些行业在快速发 展，提高经济效益的同时，染料废水排放也给环境带来 了严重的危害。染料废水色度大、成分复杂，化学稳 定性高，且大部分具有毒性，具有致癌、致畸、致突变等 特点。如何有效、快速地去除废水中的染料是废水 处理中的一大难题。目前处理染料废水的主要方法大 致可分为物理法、化学法、生物法和吸附。物理法 和化学法操作成本较高，过程复杂，在处理废水的过程 中，容易产生一些有害的气体，这些气体排放到空气中 产生二次危害；生物法主要是利用细菌，真菌等对染料 进行脱色降解，相对来说对染料的种类、温度和ｐＨ 值 等有一定的要求，限制了应用范围；吸 附 法 操 作 简 单， 适应性强，不需要投入大量的人力物力，被普遍认为是 快速净化染料废水的一种方式。

１ 实 验

１．１ 主要仪器与试剂

傅里叶红外分光光度计，ｉＳ１０，美国 Ｎｉｃｏｌｅｔ公司； 扫描电子显微镜，ＱＵＡＮＴＡ２００，荷兰 ＦＥＩ公司；冷冻 干燥机，ＦＤ－１Ａ－５０，北京博医康实验仪器有限公司；真 空干燥箱，DZF-6030A，上海一恒科技有限公司；双 光 束紫 外－可 见 分 光 光 度 计，ＴＵ－１９００，北 京 普 析 通 用 仪 器有限公司；全自动比表面积和孔隙度分析仪，ＡＳＡＰ ２０２０，美国 Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ公司。 ＳＡ，ＣＰ，天 津 市 永 大 化 学 试 剂 有 限 公 司；ＡＭ， ＡＲ，天津市科密欧化学试剂有限公司；ＧＯ，采 用 改 进 的 Ｈｕｍｍｅｒｓ法自制；氯化钙，ＡＲ，天津市科密欧 化学试剂有限公司；其它试剂皆为分析纯。

１．２ ＳＡＧＧ 的制备

取少量 ＧＯ 溶液加入 到 装 有 适 量 水 的 烧 杯 中，超 声分散２ｈ，将质量比为３∶１的 ＳＡ 和 ＡＭ 加到超声 分散均匀 的 ＧＯ 水 溶 液 中，匀 速 搅 拌３０ ｍｉｎ，静 置 脱 泡，用注射器 将 混 合 溶 液 滴 入５％（质 量 分 数）的 氯 化 钙溶液 中，陈 化 １２ｈ，用 去 离 子 水 洗 涤 ３ 次，即 得 ＳＡＧＧ。

１．３ ＳＡＧＧ 的表征

样品的 红 外 光 谱 采 用 傅 里 叶 红 外 分 光 光 度 计（ＦＴ－ＩＲ）进 行 表 征，ＡＴＲ 附 件，扫 描 范 围 为 ５００～ ４０００ｃｍ－１。样品的形貌采用扫描电子显微镜（ＳＥＭ） 进行 表 征，在观察之前把样品粘在导电胶上，喷 金 处 理。采用液氮吸附法测定样品的比表面积。

１．４ 吸附实验

实验中把 ＣＶ 溶解在去离子水中，配制成 浓 度 为 １０００ｍｇ／Ｌ的标准溶液，并用标准液稀释配制成２０～ １００ｍｇ／Ｌ范围内的溶液用于吸附实验。 考察单因素对吸 附 的 影 响，准 确 称 取 适 量 ＳＡＧＧ 吸附剂（０．５～２．５ｇ）置于装有５０ｍＬ一定浓度 ＣＶ（２０ ～８０ｍｇ／Ｌ）的具塞锥形瓶中，调节ｐＨ 值（３～１０），以 不同温度（２５～５０ ℃）在水浴恒温振荡器中匀速振荡， 吸附平衡后 取 上 层 液 体 用 紫 外－可 见 分 光 光 度 计 在 波 长λ＝５８３ｎｍ 处测定吸光度，根 据标准曲线计算溶液中 ＣＶ 的浓度，去除率 Ｒ和平 衡吸附量ｑｅ 计算公式如下 Ｒ ＝Ｃ０ －Ｃｅ Ｃ０ ×１００％ （１） ｑｅ ＝ （ ） Ｃ０ －Ｃｅ ×Ｖ ｍ （２） 　　式中，Ｃ０ 为 ＣＶ 的初始浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｃｅ 为吸附平 衡时 ＣＶ 的浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｖ 为 ＣＶ 溶液的体积，Ｌ；ｍ 为 加入的ＳＡＧＧ 的质量，ｇ。

２ 结果与讨论

ＧＯ 富 含 了 不 同 种 类 的 含 氧 官 能团，其中３２００～３４００ｃｍ－１处的宽峰带为—ＯＨ 伸 缩振动，１７３１ｃｍ－１处的吸收峰对应羰基和羧基中—  Ｃ Ｏ 的伸缩振动，在１６２１ｃｍ－１处 的 吸 收 峰 是 ＣＣ 的伸缩振动，位于１３６７ｃｍ－１处的吸收峰是由Ｃ—ＯＨ 的伸缩振动引起的，在１２３７ｃｍ－１处的吸收峰表明了 Ｃ—Ｏ—Ｃ的伸缩振动，而１０６７ｃｍ－１处的吸收峰对应 于 Ｃ—Ｏ 的伸缩 振 动，这些含氧官能团的存在，说明石墨已被氧化，尤其是 ＧＯ 表面羟基的存在，在水溶 液中 可 以 形 成 氢 键，这 解 释 了 ＧＯ 亲 水 性 的 本 质 原 因，有 利 于 ＳＡＧＧ 的 形 成。ＳＡ 在 １５９２，１４１０， １２６５，１０２４ｃｍ－１处的吸收峰分别对应于 ＣＣ、Ｃ— ＯＨ、Ｃ—Ｏ—Ｃ、Ｃ—Ｏ 的 伸 缩 振 动。ＡＭ 含 有 丰 富 的 官能团，ＳＡＧＧ 含有不同的含氧官能团，包括３２００～ ３４００ｃｍ－１处—ＯＨ 的伸缩振动宽峰带，１６００ｃｍ－１处 ＣＣ的伸缩振动峰，１３６７ｃｍ－１处 Ｃ—ＯＨ 的伸缩振 动吸 收 峰 和 １０６７ｃｍ－１ 处 Ｃ—Ｏ 的 伸 缩 振 动 峰， ＳＡＧＧ 中没有出现 ＧＯ 在１７３１ｃｍ－１处—ＣＯ 的吸 收峰，是因为—ＣＯ 与其它官能团相互作用产生蓝 移，使得１６００ｃｍ－１的吸收 峰 增 强，ＳＡＧＧ 大小均匀， 因含有 ＧＯ 在吸附之前呈现棕黄色，随着 吸 附 过 程 的 进行，溶液中 大 量 的 ＣＶ 分 子 被 ＳＡＧＧ 吸 附，溶 液 中 ＣＶ 的浓度逐渐降低，ＣＶ 溶液的颜色逐渐变浅，ＳＡＧＧ 的颜 色 逐 渐 加 深，实 现 对 ＣＶ 的 吸 附。吸 附 ＣＶ 后 ＳＡＧＧ 变 成 偏 紫 黑 色，由 于 加 入 ＧＯ 的 作 用 而 使 ＳＡＧＧ 的硬度较大，机械性能较好，吸附 ＣＶ 之后均可 以保持圆球形的外观，实现了吸附剂与溶液的快速分 离。图３（ｄ）为凝胶球的 Ｎ２ 吸附－解吸等温曲线，图中 ＳＡＧＧ 为加 ＧＯ，ＳＡＧ 为 不 加 ＧＯ。未 加 入 ＧＯ 的 凝 胶球（ＳＡＧ）的比表面积为２．２９ｍ２／ｇ。加入３％（质量 分数）的 ＧＯ 之后的凝胶球（ＳＡＧＧ）的比表面积 为２． ７４ｍ２／ｇ，增加了０．４５ｍ２／ｇ。ＧＯ 的加入对孔径 没 有 明显的影响，所制备的凝胶球的孔径较大而且不均匀 （从图３（ｃ）上也可以看出），另外可能是在低温液氮下 凝胶球的结构发生坍塌，导致 Ｎ２ 吸 附－解 吸 等 温 曲 线 没有闭合。

３ 结 论

（１） 成功制备了粒径约为２．０ｍｍ 的复合了ＳＡ、 ＡＭ 和 ＧＯ 的ＳＡＧＧ，采用ＦＴ－ＩＲ和ＳＥＭ 对样品进行 了表征，ＳＡＧＧ 含有丰富的含氧官能团，内部呈现类似 蜂窝状的三维网格结构。
（２） 吸附 实 验 表 明，在 ＣＶ 初 始 浓 度３０ ｍｇ／Ｌ， ｐＨ 值 为 ７，吸 附 剂 质 量 为 １．５ｇ，温 度 为 ３５ ℃ 时， ＳＡＧＧ 对 ＣＶ 的 去 除 率 达 到 ９３．４４％，吸 附 容 量 为 ４７．０８ｍｇ／ｇ。吸附过 程 符 合 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ 模 型，热 力 学 研究表明该吸附过程是一个自发吸热的物理过程。
（３） ＳＡＧＧ 其原料来源丰富，可 生 物 降 解，具 有 良好的吸附性能和机械强度，使得其在工业废水处理、 环境保护等方面有潜在的应用价值。