文摘

从废水去除氧化石墨烯,我们与钙质砂恢复去批实验使用。的吸附特性和机制的钙质砂被不同的表征技术研究。本文之间的关系继续钙质砂和pH值的凝固,钙质砂的内容,去初始浓度和温度进行了研究。结果表明,钙质砂能有效吸附从水溶液,和钙质砂的相互作用实现互动平衡5 h,和被吸附的钙质砂强烈依赖于博士等温线数据拟合朗缪尔方程。可以表示一个可能的机制从傅立叶变换红外光谱、x射线衍射、拉曼光谱、SEM、EDS、TEM、AFM、XPS结果。测试结果表明,钙质砂是一种潜在的可回收材料。

1。介绍

近年来,去(氧化石墨烯)获得了前所未有的发展由于其特殊的结构和优异的物理和化学性质(1,2]。作为最优秀的衍生品的石墨烯,去有一个分层结构和环氧基羟基表面(3,4]。用的广泛生产和使用,将不可避免地作为生产过程中污染物排放到环境中,运输、使用和处置。然而,被发现是有毒的。在一定条件下,它可以对人体皮肤造成伤害(5)、肺(6),和细胞(7]。因此,为了防止从流入自然生态系统,有必要研究如何去除。目前,去除的主要方式是利用吸附剂吸附;为此,各种化学、物理和生物方法用于废水处理,包括过滤、高级氧化、絮凝、混凝、催化、照片和化学降解和吸附。由于成本低,操作方便,吸附是最适当和合理选择去除的有机污染物和无机重金属离子废水(8,9]。在现有的研究中,主要吸附剂吸附是LDH去。虽然它显示了一个高吸附容量,其生产过程是复杂的10,11],吸附效率仍需要进一步改进的成熟技术。钙质砂是一种碳酸积累材料碎片,通常从弹片和海洋生物的骨骼碎片,碳酸钙含量超过50%,广泛分布在南中国海,红海,澳大利亚的西方大陆的平台,和巴斯海峡,覆盖大约40%的陆海交界(12,13]。近年来,石灰土已进入吸附重金属离子的领域14,15]。吸附的Cd,铜、铁、锰、镍、锌等重金属离子在石灰土优越16,17]。其中,钙质土壤对锌的吸附效果尤为突出,所以植物石灰土通常缺乏锌(18,19),因此,钙质土壤农作物的产量大大降低。另一方面,普遍缺乏锌对农作物也会导致人体这取决于谷物饮食获得必要的锌。锌是人体不可缺少的微量元素。缺乏锌在人体内会导致一系列健康问题,如受损的身体发育、免疫系统和大脑功能20.,21]。同时,许多研究表明,石灰土的吸附重金属离子的过程是一个自发的吸热过程,吸附容量会随着温度的增加而增加(19,22]。上述研究表明,石灰土的描述具有良好的吸附能力。然而,之间的互动去钙质砂尚未广泛系统地学习,钙质砂富含钙离子可导致去巩固,因此吸附钙质砂,而吸收的有毒从海洋中过多的钙质砂,这可能泄漏到自然世界,不仅可以使适当的。

在这个工作中,利用南海的钙质砂探索其吸附效果在不同pH值下,钙质砂的内容,浓度,温度条件。去钙质砂及其之间的交互作用,去除进行。这项工作的主要目标包含以下几方面:(1)研究pH值的影响,钙质砂的内容,浓度,温度对去除钙质砂。(2)合适的吸附等温式和热力学钙质砂去除。(3)描述的交互与钙质砂利用光谱和形态学(傅立叶变换红外光谱、拉曼光谱、XPS、EDS、XRD、SEM、TEM、AFM)分析和阐明其作用去除。工作预计将提供钙质砂的基本实验数据在南中国海用来消除碳纳米材料水解决方案。

2。实验部分

2.1。材料

的水溶液是来自苏州Tanfeng科技有限公司有限公司氧化石墨烯是高纯单层石墨烯氧化物冻干悍马的改进方法。钙质砂是收集从南中国海的珊瑚礁,白色,大小低于2毫米。最小和最大 孔隙率( 和 )分别是1.37和1.85。化学分析钙质包含92.70%的钙、镁3.94%,1.82%的锶,0.64%钠,0.54%的磷,硫0.39%,0.27%的铝。

2.2。描述

使用CuKα辐射吸收器的晶体结构被检查x射线衍射仪(XRD、苍天)。官能团是通过傅里叶变换红外光谱(红外光谱,NEXUS)和扫描范围是400 - 4000厘米1。由激光共焦拉曼光谱检测台光谱形式Horiba Jobin Yvon(拉曼实验室RAM HR800)和励磁机是532海里。

表面形貌观察和扫描电子显微镜(SEM、地产- 6360 lv)、原子力显微镜(AFM SPA400)和透射电子显微镜(JEOL jem - 1011)。能量色散x射线能谱(EDS)上执行(牛津)X-act检测元素的变化。250年热ESCALAB使用聚焦单色Al Ka x射线源( )x射线光电子能谱(XPS)分析。泽塔潜在价值是通过Zetasizer (ZS90)莫尔文仪器。

2.3。方法

某些因素的影响,如初始浓度60 mg / L,钙质砂含量50毫克,温度30 - 50°C,和pH值的影响,接触时间,钙质砂的内容,和初始浓度对去除,进行了研究。执行浴实验复制和使用平均数据评价吸附性能。

在波长221 nm,吸附后的吸光度是通过紫外可见分光光度计。计算公式如下:(方程式。(1)- (3))(9]。 在哪里 (mg·L−1)是初始浓度的模拟解决方案, (毫克/升)的浓度平衡, 由钙质砂吸附率的, (毫克/克)的吸附容量的钙质砂, (g)是钙质砂的内容, (左)是去解决方案体积, 分布系数。

(朗缪尔吸附等温式的拟合公式,弗伦德里希和Temkin)模型如下(方程式。(4)- (6))(23]: 在哪里 是朗缪尔吸附平衡常数, 弗伦德里希的吸附平衡常数, 是Temkin的吸附平衡常数。

3所示。结果与讨论

3.1。吸附性质
3.1.1。影响的时间

调查接触时间去凝结对钙质砂的影响,不同的吸附过程进行了使用钙质砂的内容(50毫克)后不同的接触时间(见图1)。吸附曲线清晰地表明,沉积/凝固在钙质砂在短的时间内迅速增加,达到平衡后5 h,然后保持稳定。


图1
接触时间对吸附的影响钙质砂。

的去除率从20%上升到92%在接触时间的增加,从0到5个小时,和 从23毫克/克增加到110毫克/克; 也是一个从0.5增加到22。在最初的接触时间,Ca2 +对钙质砂可能发挥重要作用的吸附去(24,25),和之间的交互和钙质砂简单快速,从而减少进入溶液的浓度。

3.1.2。pH值的影响

对吸附(pH值有很大的影响26,27]。溶液的pH值有显著影响吸附剂的表面性质(9),而 , ,和 继续钙质砂的pH值在图所示的函数2(一个)。的电动电势值去和钙质砂/也测量了在不同pH值,如图2 (b)。如图2(一个),所有的吸附容量、去除率和分布系数的增加与pH值增加 然后迅速降低pH值增加 。的最大吸附容量、去除率和分布系数的钙质砂54.9毫克/克,91.5%和10.8,分别。略高于的吸附能力与铁尾矿(53.9毫克/克)28),它可以从ζ的ζ电位图的值去和钙质砂/都是负值,这两个是静电斥力;所以,在这个过程中可能会发生的吸附化学吸附,也就是说,在表面的含氧官能团,氢键和路易斯酸碱相互作用在钙质砂(29日),钙质砂的表面羟基可以被视为路易斯碱,和非定域化的 电子表面可以被看作是路易斯酸。

(一)
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(b)
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(c)
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图2
继续钙质(a)的吸附效果博士(b)去和钙质砂/ζ电位。(c)钙质砂含量的影响。(d)初始浓度。

如图2 (b)pH值小于5时,可能去和钙质砂的区别变得较小,表明两者之间的静电斥力减小,表明氢键和路易斯酸碱相互作用和钙质砂相对增加。吸附容量的增加,然而,当pH值大于5,电位差逐渐变大;即去钙质砂之间的静电斥力大于氢键和路易斯酸碱作用,吸附能力较弱。

3.1.3。钙质砂含量的影响

图2 (c)带来的影响 在 , ,和 的吸附。结果预计将提供一个机会更少的吸附剂消费或更高的吸附效率。从30毫克钙质砂的内容增加到70毫克,去除率和分布系数逐渐增加,倾向于分别为94%和12.8。这是因为随着钙质砂的含量增加,Ca钙质砂也会增加。然而,吸附容量的下降。钙质砂的吸附能力下降。这是因为增加钙质砂的内容的前提下保持60 mg / L的浓度,导致减少钙质砂的吸附容量单位。这表明我们需要合理选择移除率高(低残渣)或高吸附容量低吸附剂(消费)根据实际的应用程序。(30.]。在这项研究中,70毫克的钙质砂被作为后续实验的例子。

3.1.4。去初始浓度的影响

继续研究了钙质砂的去除与不同 80、100、120、140和160 mg / L,分别。图2 (d)表明, 是受到初始浓度。从图可以看出2 (d)随着初始浓度的增加,吸附容量的钙质砂在增加,最大可达103毫克/克,但去除率和分布系数达到100通用/ L的初始浓度去;之后开始下降,这可能是由于这样的事实,钙质砂尚未达到饱和在一个较低的初始浓度,和有限的可用的钙质砂迅速浸透在更高的初始浓度。(31日]。因此,初始浓度100 mg / L是钙质砂吸附饱和点。

3.2。吸附等温式和热力学研究
3.2.1之上。吸附等温式

图3显示了吸附等温式的钙质砂。朗缪尔模型的拟合结果,弗伦德里希模型,和Temkin模型如表所示1。可以看出,随着温度的增加,吸附容量的钙质砂在逐渐增加,和最大吸附容量计算不同等温线随温度的增加,表明温度的增加有助于提高最大吸附容量。从表可以看出1数据表明,吸附的钙质砂,安装的相关参数朗缪尔模型更高;也就是说,朗缪尔模型更适合这个过程。因此,我们推测,继续钙质砂的吸附主要是单分子层吸附,而且没有之间的横向效应和位阻吸附分子和相邻点,和去钙质砂的表面是由体力和所有职位相当于在能源和相同的亲和力去(32,33]。Temkin模型也可以安装线性评估异构表面吸附系统。相关系数高达0.96,表明吸附热与吸附容量的变化不是指数,但线性能量(34,35]。这可能是由于强烈的化学键之间的交互和钙质砂吸附剂。

(一)
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(b)
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(c)
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(d)
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图3
(一)继续钙质砂的吸附等温线 ,313 K和323 K。平衡吸附等温线拟合(b)的朗缪尔模型(c)弗伦德里希模型和(d) Temkin模型。
表1
吸附等温线模型参数。
3.2.2。吸附热力学

吸附过程的温度是一个重要的参数(36]。图4显示温度对去除的影响钙质砂。显然,删除了钙质砂更有利的温度更高。吸附过程的热力学参数,即标准吉布斯自由能的值( ),标准焓( ),和标准熵( ),由以下公式(方程式计算。(7)和(8))(24]: 在哪里 是开尔文绝对温度, 是理想气体常数,通常8.314 J /(摩尔·K))。 可以反映出吸附过程是吸热或放热, 表示吸附熵熵增加或减少,是否和 反映了吸附是自发的。总结了热力学参数表2, 是一个负值,表明继续钙质砂的吸附反应是一个自发过程; 是一个积极的价值,表明继续钙质砂的吸附是一个吸热的过程。积极的价值可能是由于新化学键的形成在吸附过程中,导致原结构的变化(37,38]。热力学研究表明,继续钙质砂的吸附是一个自发的吸热反应。


图4
lnK之间的线性关系d和1 / ( )吸附了钙质砂。
表2
吸附热力学参数。

4所示。吸附机制

去吸附的机理讨论了钙质砂的ir、XRD、拉曼光谱、SEM、TEM、AFM和XPS分析。傅立叶变换红外光谱可以有效地分析表面官能团的特性吸附在钙质砂11]。如图5(一个)乐队在约3413厘米1是由伸展的振动造成的晶格水和-哦组和1612厘米吗1分别分配给H-O-H拉伸和弯曲振动(39]。光谱的比较,钙质砂,钙质砂/去吸附后,光谱的钙质砂/去接近那些钙质砂,和官能团不变化,表明吸附材料的表面由钙质砂。

(一)
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(c)
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图5
傅立叶变换红外光谱的、钙质砂和钙质砂/ (a);XRD的模式走,钙质砂,和钙质砂/ (b);和拉曼光谱和钙质砂/ (c)。

XRD模式获得的压倒性支持估计吸附剂吸附前后的结构(40]。的x射线衍射模式,钙质砂和钙质砂/如图5 (b)。从图5 (b),我们可以看到典型的山峰的钙质砂/吸附后基本上是相同的钙质砂吸附之前,这表明钙质砂的结构不会被摧毁后去吸附(41),也是与傅立叶变换红外光谱测试结果一致。大部分的材料获得钙质砂吸附后去钙质砂或钙质砂坚持走。

拉曼光谱用于研究有序度的表面吸附复合材料(42,43]。图5 (c)显示了钙质砂的拉曼光谱/去了去钙质砂的吸附。有两种截然不同的特征峰在1350厘米1和1580厘米1(44,45),符合D带和G带在文献中报道。D乐队源于sp的伸缩振动3碳原子,导致缺陷和偏差,而G带来源于sp的伸缩振动2碳原子,这对应于的一阶散射 模式(46]。钙质砂的峰值位置发生了变化,吸附后的吸附发生后,相对强度比(ID / IG)显著增加,无序增加。这一结论也与红外光谱和x射线衍射测试结果一致。

吸附材料的形态和结构如图所示6。的表面形态,通过TEM和SEM研究了,和图片所示的数据6(一)和6 (d)。SEM和TEM图像的显示特性的二维结构有许多皱纹,这是典型的形态去报道在许多初步工程(47]。从图可以看出6 (b)钙质砂是针状的板状晶体颗粒,与许多蛀牙表面和内部48,49];因此,它有利于吸附。观察扫描电镜图(图6 (c)钙质砂后)获得的物质吸附,表面变得平坦,表明钙质砂表面有许多洞是由吸附后走了。与此同时,从数据可以看出6 (d)和6 (e)去的表面形态改变明显吸附后,很多黑色物质附着在表面;因此,可以推断,钙质砂有吸附走。为了进一步验证钙质砂吸附去两人互相融合,吸附前后材料的化学成分分析了EDS测试;测试结果如图6 (f)- - - - - -6 (h)。EDS的结果表明,C和钙质砂O元素的内容增加,表明在钙质砂。

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(e)
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图6
扫描电镜的图像(a),钙质砂(b)、(c)和钙质砂/走。TEM图像(d)和钙质砂/ (e), EDS的图像(f),钙质砂(g)和钙质砂/ (h)。

AFM分析提供一种有效的方法来描述微观结构(50]。图7显示了去钙质砂的AFM图像/走。合成的AFM显微图和高度剖面如图7(一)。发现的厚度约为0.5 nm,和钙质砂的厚度/吸附接近12海里后,表明吸附后吸附材料厚度的增加,这是与SEM和TEM图像中的结果一致。然而,钙质砂的表面变得光滑。这可能是因为有吸附和聚集到一个点。这也可以验证的高度分布地图。去的高度分布更集中在7海里,而钙质砂/不太集中在12海里去。

(一)
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(b)
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图7
AFM图像的(a)和钙质砂/ (b)。

XPS是用于进一步分析钙质砂的吸附机制。如图8(一个)的山峰N 1 s, C 1 s, O 1 s都观察吸附前后。它可以观察到C 1 s峰的强度提高后凝固,指示继续钙质砂(强大的吸附能力26]。C的高反褶积1 s频谱之前和吸附如图8 (b)前,发现C 1 s谱去吸附;它可以deconvoluted为三个分量为284.7,287.0和288.5 eV (51- - - - - -53),分配给碳碳、切断和O c = O组,分别。然而,在由钙质砂吸附,峰的面积分配到O c = O增加,和O c = O的峰值位置的变化从288.5 eV 290.0 eV。面积和位置的变化O c = O显示之间的相互作用与钙质砂是由O c = O在吸附过程中(54]。从上面的分析可以看出,可以有效地去除吸附在钙质砂的表面。

(一)
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图8
XPS谱(a),高C 1 s反褶积(b)。

5。结论

之间的交互和钙质砂被吸附系统研究钙质砂。之间的相互作用,研究了钙质砂吸附试验和微观形态学特征的组合。结果表明,接触时间、内容、pH值和初始浓度会影响吸附过程的吸附了钙质砂。先由钙质砂的吸附能力增加然后减少随着pH值的增加和减少钙质砂含量的增加,但随初始浓度的增加。通过微观表征,发现钙质砂吸附后,附属于钙质砂的表面,吸附过程是伴随着官能团的变化。结果表明,去很容易与钙质砂交互,从而影响其环境行为。

同时,钙质砂被广泛用作建筑材料(55),因此,可预见的钙质砂作为建筑材料在建设网站也可以吸附污染从网站,以避免污染危害人类健康的水循环,表明钙质砂的吸附可能是非常高的。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称他们没有竞争的经济利益或个人关系可能出现影响工作报告。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(41772311)、国家自然科学基金(52179107),研究基金浙江省住房和城乡建设部(2017 k179 2016 k130),和绍兴大学的国际科技合作项目(2019 lggh1007)。