GOGA-g-PAMPS復(fù)合水凝膠的制備及其對陽離子染料的吸附性能

氧化石墨烯（GO）是一種二維層狀結(jié)構(gòu)的碳納米材料，具有比表面積大、力學(xué)性能高和生物毒性低等特點(diǎn)。其表面或邊緣含有環(huán)氧基、羥基、羰基及羧基等親水含氧官能團(tuán)，對廢水處理和凈化方面具有優(yōu)異的性能，是一種高效吸附材料。由于GO在水中有很好的分散性以及具有納米尺寸的特性，吸附后不容易與污染物分離，在實(shí)際應(yīng)用中常常是通過采用化學(xué)改性或與其他物質(zhì)制備復(fù)合材料等方法來實(shí)現(xiàn)對GO的分離和重復(fù)使用。目前，氧化石墨烯/生物高分子復(fù)合水凝膠已經(jīng)成為水凝膠設(shè)計(jì)的一個(gè)新方向，GO表面的含氧官能團(tuán)可以通過化學(xué)鍵或氫鍵與生物高分子形成良好的界面相互作用，從而制備出力學(xué)性能及生物相容性得到有效提高的高吸附性水凝膠，氧化石墨烯/生物高分子水凝膠在廢水污染物處理中表現(xiàn)出良好的吸附性能，然而氧化石墨烯/阿拉伯膠（GO/GA）復(fù)合水凝膠卻鮮有報(bào)道。基于此，本研究擬采用改進(jìn)的Hummers法來制備GO，以GA為生物高分子添加物，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）為有機(jī)單體，通過一步水熱法來制備GO/GA-g-PAMPS復(fù)合水凝膠?？疾鞆?fù)合水凝膠對亞甲基藍(lán)（MB）和結(jié)晶紫（CV）陽離子染料的吸附行為和重復(fù)使用性能，并對水凝膠的吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)行為進(jìn)行研究，為氧化石墨烯/生物高分子水凝膠在染料廢水處理等領(lǐng)域提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。摘要：以自制氧化石墨烯（GO）、阿拉伯膠（GA）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）為原料，采用一步水熱法制備了GO/GA-g-PAMPS復(fù)合水凝膠，利用FTIR、XRD、SEM對復(fù)合水凝膠結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征?？疾炝怂z對陽離子染料亞甲基藍(lán)（MB）和結(jié)晶紫（CV）的吸附性能。結(jié)果顯示：在GO質(zhì)量濃度為0.3g/L、凝膠用量為0.05g、溶液pH為7、溫度為50℃、染料初始質(zhì)量濃度為200mg/L時(shí)，凝膠對MB和CV的吸附量和吸附率分別為395.68、381.70mg/g和98%、96%。經(jīng)5次循環(huán)后，凝膠對MB和CV的吸附率仍能達(dá)到82.6%和81.2%。吸附等溫線和動(dòng)力學(xué)研究表明，凝膠對MB吸附更符合Freundlich模型，對CV的吸附更符合Langmuir模型，準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型能更好地描述兩種陽離子染料的吸附過程。熱力學(xué)研究表明，水凝膠對兩種染料吸附是自發(fā)、吸熱和混亂度增加的過程。結(jié)論（1）利用一步水熱反應(yīng)法成功合成了GO/GA-g-PAMPS復(fù)合水凝膠，F(xiàn)TIR、XRD、SEM表征顯示復(fù)合水凝膠具有均勻的三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，GO在凝膠中具有較好的相容性。（2）水凝膠對陽離子染料有較好的吸附效果，在GO質(zhì)量濃度為0.3g/L、凝膠用量為0.05g、溶液pH為7、溫度為50℃、染料初始濃度為200mg/L時(shí)，凝膠對MB和CV的吸附量和吸附率分別為395.68、381.70mg/g和98%、96%。吸附等溫線和吸附動(dòng)力學(xué)表明，水凝膠對CV的吸附符合Langmuir模型，對MB的吸附更符合Freundlich模型。準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型更符合水凝膠對MB和CV的吸附過程。吸附熱力學(xué)表明，水凝膠對MB和CV染料分子的吸附是無序且隨機(jī)的，吸附后混亂度增加，吸附過程屬自發(fā)的不可逆過程。（3）復(fù)合水凝膠加入GO能明顯