一种分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的方法技术

本发明专利技术涉及一种分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的方法，属于废水处理技术领域。本发明专利技术在水体中分别进行氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝动力学吸附实验和等温吸附实验，分别分析吸附动力学模型和等温线模型；计算出氨基功能化磁性氧化石墨烯吸附亚甲基蓝过程的平衡热力学参数，根据平衡热力学参数确定氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝吸附反应的热量传递方式；对吸附亚甲基蓝前后的氨基功能化磁性氧化石墨烯均进行FTIR光谱分析，结合动力学模型确定氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理。在亚甲基蓝吸附过程，氨基功能化磁性氧化石墨烯与亚甲基蓝之间存在静电相互作用、氢键相互作用、π

【技术实现步骤摘要】
一种分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的方法


[0001]本专利技术涉及一种分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的方法，属于废水处理


技术介绍

[0002]目前处理亚甲基蓝MB染料废水的方法有很多种，其中，吸附法由于其效率高、成本低、操作简单、无二次污染等优点，被认为是处理染料废水最有前途的水处理技术之一。虽然对于亚甲基蓝MB的处理研究比较多，但是目前还存在吸附量小，吸附剂与水溶液难以分离等问题，例如：Han等(2021)合成了一种3D水凝胶，对于亚甲基蓝MB的最大吸附量仅为135.17mg.g
‑1，Yu等(2021)制备的氧化锌/生物炭纳米材料对于亚甲基蓝MB的最大吸附量为160mg.g
‑1，Jiang等(2021)制备的氧化石墨烯基复合材料对于亚甲基蓝MB的最大吸附量为558.66mg.g
‑1，但是存在不易分离等问题。
[0003]氧化石墨烯(GO)是层状结构，表面积大，含氧官能团多，并且片层间带负电，容易吸引带正电的粒子，具有优异的溶解性、高化学反应活性和智能的自组装性能。但是GO的碳骨架疏水，含氧官能团亲水，在溶剂中的分散性较好，分散于溶液中不易分离，不利于其大规模的使用，且纯的GO对MB的最大吸附量仅为224mg.g
‑1。为了提高GO对亚甲基蓝MB的吸附量，以及提高吸附剂的回收能力，设计出结构与功能可调控的GO基复合材料，并研究其吸附机理对废水处理领域至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对氧化石墨烯对亚甲基蓝吸附量低、回收能力差和吸附机理不明确的问题，提供一种分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的方法，利用共沉淀法将磁性纳米粒子Fe3O4修饰到氧化石墨烯(GO)的表面，利用酰胺化反应，即氨基和环氧基发生亲核反应，将三乙烯四胺TETA被嫁接到MGO的表面，制备出高吸附容量、高回收能力且自发吸热吸附亚甲基蓝的氨基功能化磁性氧化石墨烯吸附剂。通过吸附动力学模型、等温线模型、平衡热力学参数和红外光谱检测，确定了吸附过程中，氨基功能化磁性氧化石墨烯MGO
‑
TETA吸附剂与亚甲基蓝MB之间存在静电相互作用、氢键相互作用、π
‑
π共轭相互作用。
[0005]一种分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的方法，具体步骤如下：
[0006](1)水体中进行氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝动力学吸附实验，分别采用拟一级动力学模型、拟二级动力学模型、颗粒内扩散模型和液膜扩散模型分析亚甲基蓝的吸附动力学数据，得到最优动力学模型，分析亚甲基蓝动力学吸附速率控制因素；
[0007](2)水体中进行氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝等温吸附实验，分别采用Langmuir等温线模型、Freundlich等温线模型和Temkin吸附等温线模型拟合吸附等温线，
分别计算出Langmuir等温线模型、Freundlich等温线模型和Temkin吸附等温线模型的线性相关性，得到最优等温线模型；根据最优等温线模型计算出预设吸附温度下氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝的最大吸附量；
[0008](3)通过等温吸附实验，计算出氨基功能化磁性氧化石墨烯吸附亚甲基蓝过程的平衡热力学参数，其中平衡热力学参数包括标准吉布斯自由能变化ΔG0、标准焓变ΔH0和标准熵变ΔS0；根据平衡热力学参数确定氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝吸附反应的热量传递方式；
[0009](4)对吸附亚甲基蓝前的氨基功能化磁性氧化石墨烯和吸附亚甲基蓝后的氨基功能化磁性氧化石墨烯均进行FTIR光谱分析，结合步骤(1)的最优动力学模型确定氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理。
[0010][0011]式中，q
e
为平衡吸附容量mg.g
‑1；V为溶液的体积L；C0为亚甲基蓝吸附前的初始浓度mol.L
‑1；C
e
为亚甲基蓝吸附后的平衡浓度mg.L
‑1；m为吸附剂质量g；
[0012]所述步骤(1)拟一级动力学模型的线性表达式为
[0013]ln(q
e
‑
q
t
)＝ln q
e，cal
‑
k1t
[0014]拟二级动力学模型的线性表达式为
[0015][0016]颗粒内扩散模型的线性表达式为
[0017][0018]液膜扩散模型
[0019][0020]式中，q
e
为吸附平衡时的吸附容量mg.g
‑1；q
t
为吸附时间为t时的吸附容量mg.g
‑1；q
e,cal
为拟合模型的理论平衡吸附容量mg.g
‑1；k1为拟一级动力学模型的速率常数min
‑1；k2为拟二级动力学模型的速率常数g.mg
‑1.min
‑1；k
id
为颗粒内扩散模型不同阶段的速率常数mg.g
‑1.min
‑
0.5
；k
FD
为液膜扩散速率常数min
‑1；C为表示与边界层有关的常数mg.g
‑1；C1为液膜扩散模型常数g.mg
‑1。
[0021]所述最优动力学模型的确定方法：
[0022]分别计算拟一级动力学模型、拟二级动力学模型、颗粒内扩散模型和液膜扩散模型的拟合相关系数R2，拟合相关系数R2最接近于1的模型为最优等温线模型。
[0023]所述步骤(2)Langmuir等温线模型的线性方程表达式为
[0024][0025]式中，C
e
为溶液的吸附平衡浓度mg.L
‑1；q
e
为吸附平衡时的吸附容量mg.g
‑1；q
max
为Langmuir模型的最大单层吸附容量mg.g
‑1；K
L
为Langmuir模型的吸附平衡常数L.mg
‑1；
[0026]根据Langmuir等温线模型的分离因子R
L
确定吸附等温线的适用性和形状；分离因
子R
L
的表达式为
[0027][0028]式中，C0为吸附前亚甲基蓝溶液的浓度mg.L
‑1；K
L
为Langmuir模型的吸附平衡常数L.mg
‑1；
[0029]Freundlich等温线模型的线性方程表达式为
[0030][0031]式中，q
e
为吸附平衡时的吸附容量mg.g
‑1，Ce溶液的吸附平衡浓度mg.L
‑1，n为与吸附强度相关的Freundlich经验参数；K
F
为Freundlich模型的吸附平衡常数L.g
‑1；
[0032]Temkin吸附等温线模型的线性方程表达式为...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)水体中进行氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝动力学吸附实验，分别采用拟一级动力学模型、拟二级动力学模型、颗粒内扩散模型和液膜扩散模型分析亚甲基蓝的吸附动力学数据，得到最优动力学模型，分析亚甲基蓝动力学吸附速率控制因素；(2)水体中进行氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝等温吸附实验，分别采用Langmuir等温线模型、Freundlich等温线模型和Temkin吸附等温线模型拟合吸附等温线，分别计算出Langmuir等温线模型、Freundlich等温线模型和Temkin吸附等温线模型的线性相关性，得到最优等温线模型；根据最优等温线模型计算出预设吸附温度下氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝的最大吸附量；(3)通过等温吸附实验，计算出氨基功能化磁性氧化石墨烯吸附亚甲基蓝过程的平衡热力学参数，其中平衡热力学参数包括标准吉布斯自由能变化ΔG0、标准焓变ΔH0和标准熵变ΔS0；根据平衡热力学参数确定氨基功能化磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝吸附反应的热量传递方式；(4)对吸附亚甲基蓝前的氨基功能化磁性氧化石墨烯和吸附亚甲基蓝后的氨基功能化磁性氧化石墨烯均进行FTIR光谱分析，结合步骤(1)的最优动力学模型确定氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理。2.根据权利要求1所述分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的方法，其特征在于：步骤(1)拟一级动力学模型的线性表达式为ln(q
e
‑
q
t
)＝ln q
e，cal
‑
k1t拟二级动力学模型的线性表达式为颗粒内扩散模型的线性表达式为液膜扩散模型式中，q
e
为吸附平衡时的吸附容量mg.g
‑1；q
t
为吸附时间为t时的吸附容量mg.g
‑1；q
e,cal
为拟合模型的理论平衡吸附容量mg.g
‑1；k1为拟一级动力学模型的速率常数min
‑1；k2为拟二级动力学模型的速率常数g.mg
‑1.min
‑1；k
id
为颗粒内扩散模型不同阶段的速率常数mg.g
‑1.min
‑
0.5
；k
FD
为液膜扩散速率常数min
‑1；C为表示与边界层有关的常数mg.g
‑1；C1为液膜扩散模型常数g.mg
‑1。3.根据权利要求1所述分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的方法，其特征在于：最优动力学模型的确定方法：分别计算拟一级动力学模型、拟二级动力学模型、颗粒内扩散模型和液膜扩散模型的拟合相关系数R2，拟合相关系数R2最接近于1的模型为最优等温线模型。4.根据权利要求1所述分析氨基功能化磁性氧化石墨烯对废水中亚甲基蓝吸附机理的
方法，其特征在于：步骤(2)Langmuir等温线模型的线性方程表达式为式中，C
e
为溶液的吸附平衡浓度mg.L
‑1；q
e
为吸附平衡时的吸附容量m...

【专利技术属性】
技术研发人员：严继康，李柯燃，赵建华，张洪宇，冷曼希，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：