氧化石墨烯具有優異的理化性能,其在很多領域都具有潛在的應用價值,其表面的大量含氧官能團為其吸附重金屬提供了活性位點。
研究人員利用多層氧化石墨烯納米片作為吸附劑實現了對金屬鎘和鈷的高吸附,并探究了酸堿度(PH),離子強度,腐殖酸(HA)及溫度對其吸附重金屬的影響。利用改進Hummer’s法制備出了微米級尺寸的少數層氧化石墨烯。如圖1,2所示,當PH<6時,鈷的吸附隨著PH的增加緩慢增加;PH處于6-9之間時,鈷的吸附迅速增加;PH>9時,保持很高的吸附量。鎘的吸附在PH<9時一直迅速上升,當PH>9時,可以達到98%的吸附量。圖中藍色的線為沉淀曲線,在圖中顯示的垂直線左側的PH環境下,重金屬的移除主要靠氧化石墨烯的吸附作用。
圖1 PH值及離子強度對氧化石墨烯的吸附能力影響
當PH值小于單獨氧化石墨烯溶液的PH值(PHpzc)時,氧化石墨烯表面的含氧官能團會吸附氫離子,而這一反應阻礙了重金屬陽離子的吸附,所以吸附量小,吸附速率低。當PH值增加至大于PHpzc時,氧化石墨烯表面的含氧官能團會因為去質子化而帶負電,其吸附重金屬離子的能力增強,過高的PH值則可以直接將重金屬沉淀。
如圖1所示,高離子強度會降低氧化石墨烯的吸附能力,但影響很小。HA的存在也會降低氧化石墨烯的重金屬吸附能力。HA可以通過強π-π作用于氧化石墨烯結合,從而減少氧化石墨烯的吸附位點,降低其吸附能力。高溫可以促進氧化石墨烯與重金屬的結合,因為發生吸附之前需要發生去溶劑這一吸熱反應,吸收的熱量大于吸附反應的放熱,所以整個過程是吸熱過程,高溫更利于吸熱過程的發生。作者還將氧化石墨烯的吸附能力與其他材料如活性炭、碳納米管進行了比較,氧化石墨烯的吸附能力明顯優于其他材料。
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