SiW11/石墨烯對含Cu2+的重金屬廢水的吸附性能

　　隨著我國的經濟高速發(fā)展，現代化工業(yè)進程的加快，重金屬已經逐步成為危害環(huán)境發(fā)展以及人類生活的問題之一。銅離子是動植物和人類必須的微量元素，但是當其含量過高時，就會出現生理受阻、發(fā)育停滯，甚至導致死亡，當其含量過高也會對水生生態(tài)系統造成結構、功能等方面的影響。重金屬離子具有富集性，生態(tài)系統中的微生物很難降解重金屬。當前重金屬廢水一般采用化學沉淀法、離子交換法、絮凝法、膜分離法、生物處理技術和吸附法等。由于吸附法操作簡單、效率高、成本低等優(yōu)點被廣泛應用。本研究以SiW11/GO為吸附劑，考察了其對模擬廢水中的Cu2+的吸附性能。

　　1、實驗部分

　　1.1 儀器與試劑

　　AFG型原子吸收分光光度計(普析通用)；BSA124S電子分析天平(sartorius賽多利斯)。SiW11/GO實驗室自制;其它試劑均為分析純；實驗用水為超純水。

　　1.2 吸附實驗

　　在避光條件下，取150mL不同濃度的銅離子溶液，分別加入一定量的吸附劑SiW11/GO，在不同反應條件下，放置一定時間后，測量溶液中銅離子濃度的變化，通過計算去除率和吸附量衡量吸附劑的吸附能力。Cu2+的去除率(E)的計算，見式(1)：

　　式(1)中，吸附前溶液中Cu2+的濃度為C0(mg/L)；吸附后溶液中Cu2+的濃度為C1(mg/L)；Cu2+溶液的體積為V(L)；吸附劑的用量為m(g)。

　　2、結果與討論

　　2.1 不同條件下對Cu2+吸附性能影響

　　2.1.1 吸附時間對Cu2+吸附的影響

　　吸附劑投加量為0.5mg，Cu2+溶液濃度為1.5mg/L，在常溫避光條件下，吸附時間對Cu2+吸附的影響結果如圖1所示。

　　由圖1可見，吸附劑SiW11/GO對Cu2+的去除率，隨著時間的增加而不斷增大，在90min以前，吸附劑的吸附速率較快，90min以后隨著時間的延長吸附速率逐漸緩慢；在120min后SiW11/GO吸附達到平衡。由于在吸附初期吸附劑的表面有較多的吸附位點，且溶液中Cu2+的濃度相對較高，使吸附劑的去除率相對較快，在90min后，兩種吸附劑表面的吸附位點減少，去除率也隨之降低。

　　2.1.2 SiW11/GO用量對銅離子吸附的影響

　　銅離子溶液濃度為1.5mg/L，吸附劑投加量分別為0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.5、3.0mg，在常溫避光條件下，考察吸附過程中Cu2+溶液濃度的變化。由圖2可見，Cu2+的去除率隨著吸附劑的量的增加而增大，當吸附劑的投加量為2.0mg時，SiW11/GO的吸附趨于平衡，去除率為96.99%。這是因為，在同樣濃度的Cu2+溶液中，吸附劑增多，吸附位點也越來越多，去除率也就越來越大。

　　2.1.3 pH值對吸附效果的影響

　　調節(jié)Cu2+溶液pH值分別為2、3、5、6、7、8，吸附劑投加量為2.0mg，在常溫避光的條件下，考察吸附過程中pH值對溶液中Cu2吸附的影響，結果見圖3。由圖3(b)可知，未加吸附劑時，溶液pH值由2增加到7，Cu2+濃度基本不變，但當pH值大于7之后，由于溶液中的OH-與Cu2+反應生成沉淀，使溶液中Cu2+濃度驟降。由圖3(a)可知，而加入吸附劑后，隨著溶液pH值的增加，去除率也隨之升高，當pH值大于7之后，吸附劑對溶液中Cu2+的吸附性能驟增。這是因為，當溶液的pH較低時，溶液中的H+數量較多，與Cu2+形成競爭吸附位點，使吸附劑表面的靜電斥力增加，使吸附劑對Cu2+的吸附量變低；隨著隨著pH的升高，H+數量減少，吸附劑表面吸附位點增加，吸附能力提高；當pH值大于7之后，溶液中的OH-與Cu2+反應生成沉淀，溶液中Cu2+濃度驟降。因此，吸附劑對Cu2+吸附的最佳pH值為7。

　　2.2 吸附等溫線和吸附動力學實驗

　　2.2.1 吸附等溫線實驗

　　用Langmuir等溫吸附模型來描述SiW11/GO兩種吸附劑對Cu2+的吸附，Langmuir等溫線方程的線性形式為：

　　式(2)中，qmax-最大吸附量，mg/g;Ce-吸附達到平衡時Cu2+溶液的濃度，mg/L;

　　qe-吸附平衡時吸附劑吸附量，mg/L;kL-吸附反應平衡常數，L/g。

　　根據Langmuir吸附等溫方程，由實驗數據繪制和SiW11/GO對Cu2+的吸附等溫線。

　　如圖4所示，吸附劑SiW11/GO對Cu2+的吸附能較好的符合Langmuir吸附等溫方程，線性相關系數=0.9928。

　　2.2.2 吸附動力學研究

　　吸附劑的投加量為2.0mg，pH值=7，Cu2+溶液的濃度為1.5mg/L，在常溫避光條件下，采用準二級吸附動力學方程進行擬合。準二級吸附動力學公式(3)所示。

　　式中，t-吸附反應時間，min;Qe-平衡時的吸附量，mg/g;Qt-時刻的吸附量，mg/g;k2-準二級吸附速率常數，g/(mg?min)。

　　圖5是吸附劑SiW11/GO對Cu2+的準二級反應動力學曲線圖，可知：吸附劑的準二級模型計算得到的平衡吸附量為89.29mg/g，與實驗測得的吸附量87.83mg/g更加接近；吸附劑的準二級動力學模型R2=0.9987，更加接近1。因此，準二級模型能更好的描述吸附劑對Cu2+溶液的吸附行為。

　　3、結論

　　本文以SiW11/GO為吸附劑，對模擬含Cu2+的廢水進行吸附實驗。實驗結果表明，吸附劑對Cu2+的吸附效果明顯，當吸附劑投加量為2.0mg，Cu2+廢水濃度為1.5mg/L，溶液pH值=7時，去除率分別為96.99%，吸附量為87.83mg/g。(來源：黑龍江省齊齊哈爾生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心)