氧化石墨烯具有优异的理化性能,其在很多领域都具有潜在的应用价值,其表面的大量含氧官能团为其吸附重金属提供了活性位点。
研究人员利用多层氧化石墨烯纳米片作为吸附剂实现了对金属镉和钴的高吸附,并探究了酸碱度(PH),离子强度,腐殖酸(HA)及温度对其吸附重金属的影响。利用改进Hummer’s法制备出了微米级尺寸的少数层氧化石墨烯。如图1,2所示,当PH<6时,钴的吸附随着PH的增加缓慢增加;PH处于6-9之间时,钴的吸附迅速增加;PH>9时,保持很高的吸附量。镉的吸附在PH<9时一直迅速上升,当PH>9时,可以达到98%的吸附量。图中蓝色的线为沉淀曲线,在图中显示的垂直线左侧的PH环境下,重金属的移除主要靠氧化石墨烯的吸附作用。
图1 PH值及离子强度对氧化石墨烯的吸附能力影响
当PH值小于单独氧化石墨烯溶液的PH值(PHpzc)时,氧化石墨烯表面的含氧官能团会吸附氢离子,而这一反应阻碍了重金属阳离子的吸附,所以吸附量小,吸附速率低。当PH值增加至大于PHpzc时,氧化石墨烯表面的含氧官能团会因为去质子化而带负电,其吸附重金属离子的能力增强,过高的PH值则可以直接将重金属沉淀。
如图1所示,高离子强度会降低氧化石墨烯的吸附能力,但影响很小。HA的存在也会降低氧化石墨烯的重金属吸附能力。HA可以通过强π-π作用于氧化石墨烯结合,从而减少氧化石墨烯的吸附位点,降低其吸附能力。高温可以促进氧化石墨烯与重金属的结合,因为发生吸附之前需要发生去溶剂这一吸热反应,吸收的热量大于吸附反应的放热,所以整个过程是吸热过程,高温更利于吸热过程的发生。作者还将氧化石墨烯的吸附能力与其他材料如活性炭、碳纳米管进行了比较,氧化石墨烯的吸附能力明显优于其他材料。
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