GNS/MnO2吸附剂去除废水中重金属离子的实验研究

摘要

本文结合碳质材料和锰氧化物的优点,以石墨烯作为载体,采用快速的微波辅助合成方法,制备了石墨烯负载二氧化锰的新型复合吸附剂(GNS/MnO2)。采用BET、SEM、TEM、XRD、FTIR、XPS等现代化测试手段对复合GNS/MnO2吸附剂的性能进行了表征。分别以MnO2和GNS作为对比吸附剂,探讨了废水的pH值、不同重金属离子初始浓度、吸附时间、吸附温度等因素对去除水中Ni2+效果的影响;对影响GNS/MnO2吸附水中pb2+和Cu2+的单因素进行了实验分析,同时结合现代化测试手段对pb2+和Cu2+的吸附机理进行了深入分析,提出了pb2+和Cu2+离子在GNS/MnO2表面可能的络合形式,并对该吸附剂的再生性能进行了研究。
　　 实验结果表明,GNS/MnO2吸附剂去除废水中Ni2+、pb2+和Cu2+三种重金属离子的最佳pH值为6.0-7.0。吸附等温线研究结果表明,Ni2+、pb2+和Cu2+在GNS/MnO2表面的吸附均符合Langmuir模型,在室温条件下GNS/MnO2对Ni2+的吸附容量为46.6mg/g,比MnO2和GNS的吸附容量分别高1.5和15倍。GNS作为载体,增大了吸附剂的比表面积,MnO2起主要的吸附作用。同时GNS/MnO2吸附剂对废水中pb2+和Cu2+有很好的去除效果,反应平衡时最大吸附量分别为163.93和104.82mg/g,表明GNS/MnO2吸附pb2+的能力大于吸附Cu2+。动力学模型分析结果表明GNS/MnO2对Ni2+、pb2+和Cu2+达到平衡吸附的时间均为2h,吸附过程符合准二级动力学方程。借助于SEM、XRD、XPS、FTIR等分析手段,全面探讨了GNS/MnO2表面吸附pb2+和Cu2+前后的变化。结果表明铅和铜Pb2+或Cu2+形式吸附于GNS/MnO2表面,与GNS/MnO2表面的羟基基团发生了络合反应。GNS/MnO2吸附剂经过5次循环使用后吸附能力只损失了9％,有很好的再生性能。实验证明本研究制备的GNS/MnO2可以作为处理水中重金属离子的高效吸附剂,有广泛的应用前景。