, 马晓国1
, 黄仁峰2, 李桂英11. 广东工业大学环境科学与工程学院, 广州 510006;
2. 华南理工大学环境与能源学院, 广州 510006
收稿日期: 2019-01-30; 修回日期: 2019-04-10; 录用日期: 2019-04-10
基金项目: 国家自然科学基金（No.41272262）；广东省科技计划项目（No.2016A040403112）；广东省教育厅重大项目（自然科学）（No.261555101）
作者简介: 张梦圆(1994-), 女, E-mail:zhang5meng2yuan1@163.com
通讯作者（责任作者）: 马晓国, E-mail:xgma@21cn.com
摘要: 以磁性氧化石墨烯为载体，砷离子（As（Ⅲ））为模板离子，3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTS）为功能单体，正硅酸乙酯（TEOS）为交联剂合成了As（Ⅲ）离子印迹磁性氧化石墨烯纳米材料（MGO-IIP），并使用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X-射线衍射仪（XRD）和振动样品磁强计对合成材料进行了表征.同时，考察了MGO-IIP对As（Ⅲ）的吸附特性.结果表明：318 K下MGO-IIP对As（Ⅲ）的最大吸附量为148.1 mg·g-1，仅20 min即可达到吸附平衡，印迹因子为2.35；吸附过程服从Langmuir模型和准二级动力学模型，说明是自发的吸热过程；在其他干扰离子存在的情况下，MGO-IIP对As（Ⅲ）仍然具有良好的吸附效果，且能够重复使用4次，在含砷废水处理中具有应用价值.MGO-IIP材料对As（Ⅲ）的吸附机制为表面络合作用及物理吸附.
关键词:砷离子印迹选择性吸附磁性氧化石墨烯
Preparation and adsorption characteristics of arsenic (Ⅲ) ion-imprinted polymer
ZHANG Mengyuan1
, MA Xiaoguo1 , HUANG Renfeng2, LI Guiying1 1. School of Environmental Science and Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006;
2. School of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangzhou 510006
Received 30 January 2019; received in revised from 10 April 2019; accepted 10 April 2019
Abstract: In this study, arsenic (Ⅲ) ion-imprinted magnetic graphene oxide composite (MGO-IIP) was prepared with MGO as the supporter, As(Ⅲ) ion as the template, (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTS) as the functional monomer and tetraethylorthosilicate (TEOS) as the crosslinking agent. The MGO-IIP was characterized by using scanning electron microscope, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction and vibrating sample magnetometer. The adsorption properties of MGO-IIP for As(Ⅲ) ion were investigated, and the results show that the maximum adsorption capacity was 148.1 mg·g-1 at 298 K. The adsorption equilibrium could be achieved only within 20 minutes with the imprint factor of 2.35. Further, the adsorption was a spontaneous endothermic process, and followed the Langmuir isotherm model and the pseudo-second-order kinetic model. More importantly, the MGO-IIP still had an excellent adsorption efficiency for As(Ⅲ) in the presence of some interfering anions. In addition, the resultant MGO-IIP shows high stability and could be reused for 4 times. Therefore, the resultant MGO-IIP can be potentially used to purify the arsenic-containing wastewater. The adsorption mechanism of MGO-IIP for As(Ⅲ) ion was surface complexation and physical adsorption.
Keywords: arsenicion imprinted polymerselective adsorptionmagnetic graphene oxide
1 引言(Introduction)砷因具备某些金属特性而常作为重金属被研究(Sarkar et al., 2016).研究表明, 地表水中的砷一般以As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的形式存在, 且无机砷的毒性比有机砷高, 在无机砷中As(Ⅲ)的毒性最强(李大成, 2009).目前较为成熟的除砷技术有氧化法(Zaw et al., 2002)、混凝法(Meng et al., 2001)、吸附法(刘卓等, 2016)和离子交换法(Kim et al., 2004)等.其中, 应用最广泛的是吸附法, 常见的吸附剂有活性炭(曹秉帝等, 2016)、硅胶(Attinti et al., 2015)、活性氧化铝(Zhang et al., 2004)和铁基吸附剂(Kang et al., 2014)等, 但这些吸附剂对砷的吸附量普遍低于30 mg·g-1.研究发现, 铁氧化物和铁锰复合氧化物也可作为去除水中砷的吸附剂, 但前者的吸附量较低(王强等, 2008；邓天天等, 2018), 后者的吸附量虽有显著提高, 但缺乏选择性, 且易受共存离子的干扰(彭昌军等, 2014).因此, 需要开发吸附量大、选择性高的新型除砷吸附剂.
离子印迹技术是分子印迹技术的分支(Chen et al., 2016), 因其可以特异性地识别某种离子而成为选择性去除离子污染物的有效方法.目前人们已经合成出Hg(Ⅱ)(Zhang et al., 2014)、Pb(Ⅱ)(Dahaghin et al., 2017)和Cr(Ⅵ)(Huang et al., 2017)等离子印迹材料.同时, 离子印迹技术在传感器、分析、催化合成和药物等领域也表现良好(Madikizela et al., 2018; Xie et al., 2019).当前, 离子印迹一般都是在基体材料的表面上进行的, 因此, 基体对离子印迹材料的性能有较大影响.石墨烯具有超高的比表面积, 但也由于强大的范德华力而呈现出疏水性, 不方便实际应用.氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)是石墨经过强氧化剂氧化分散后得到的单层或多层石墨烯氧化物的集聚体(Novoselov et al., 2004), 与石墨烯性质相似, 同时拥有大量的含氧官能团, 如羟基、环氧基、羧基和羰基(Jeong et al., 2008).这些基团具有良好的亲水性, 从而为GO在水中的应用提供了基础.同时, 导入的含氧官能团使得GO比石墨烯更容易进行修饰.由于GO在水中的分散性好, 难以沉降和回收, 而磁性材料在外磁场作用下易被收集, 因此, 可在GO表面修饰磁性纳米粒子制备磁性氧化石墨烯(MGO), 从而使得GO在水中能够被迅速分离(Gu et al., 2015).
结合MGO与印迹技术的优点, 本研究以MGO为载体, 通过表面印迹的方法, 将离子印迹材料负载在MGO表面, 制备了磁性氧化石墨烯表面As(Ⅲ)离子印迹材料(MGO-IIP).同时, 用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)对合成的MGO-IIP进行表征, 并研究MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附特性, 分析其吸附机理.
2 实验部分(Experimental section)2.1 材料与仪器2.1.1 实验材料石墨粉(SP-1, 50 μm, 98%)、3-巯基丙基三甲氧基硅(MPTS)和正硅酸乙酯(TEOS)为优级纯, 购于阿拉丁试剂；硼氢化钾、氢氧化钾、FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、NaNO3、KMnO4、H2O2、H2SO4、丙酮、HCl和NaOH使用天津大茂试剂厂生产的分析纯；As(Ⅲ)的配制使用西亚试剂生产的亚砷酸钠(NaAsO2)(优级纯)；实验用水为去离子水.
2.1.2 仪器表征使用Nicolet 6700光谱仪(Thermo Fisher, 美国)拍摄FTIR, 扫描波长范围为400~4000 cm-1.使用日本理学公司的SmartLab收集XRD数据, Cu Kα(波长1.54056 ?)靶用于扫描10°~80°的范围.使用美国Quantum Design公司的PPMS-9综合物性测量系统测量MGO和MGO-IIP的磁性.使用SU8010 SEM(HITACHI, 德国)观察颗粒均匀性、颗粒尺寸和表面形态图像.As(Ⅲ)浓度的测定使用原子荧光光度计AF-640(北京第二光学仪器厂), 测试条件：负高压250 V, 砷灯电流60 mA, 雾化器预热温度300 ℃, 使用高纯氩气(99.9999%)作为载气, 流速500 mL·min-1, 配制10%的硼氢化钾\\氢氧化钾溶液作为还原剂.
2.2 材料的制备2.2.1 氧化石墨烯的制备GO的制备参考改良的Hummers方法并加以改进(Chen et al., 2009).具体操作为：将500 mL的三孔圆底烧瓶置于温度 < 5 ℃的水浴锅中, 在其中加入98%的H2SO4 230 mL并不断搅拌；加入1.5 g硝酸钠NaNO3, 再依次缓慢加入5 g石墨粉和35 g高锰酸钾, 混合搅拌持续2 h, 加热至35 ℃继续搅拌2 h, 再缓慢加入230 mL去离子水, 将水浴锅温度升至98 ℃, 使温度维持在98 ℃持续2 h.移去热源, 自然冷却.将溶液转移至烧杯中, 加入420 mL去离子水和2 mL 30%的H2O2, 静置一夜后吸出上清液, 将沉淀装于离心管中, 用离心机离心.然后用稀释10倍的盐酸洗涤, 直至上清液与氢氧化钠反应不生成黑色沉淀.最后用丙酮溶液洗涤, 放入60 ℃真空烘箱中干燥48 h.
2.2.2 磁性氧化石墨烯的制备将0.5 g GO溶解于100 mL去离子水中, 超声分散30 min, 调节pH=7.将三孔烧瓶置于油浴锅中, 在氮气保护下, 加入100 mL去离子水, 维持磁力搅拌, 依次加入5.8 g FeSO4·7H2O与10.7 g FeCl3·6H2O, 升温至45 ℃, 快速加入10 mL 25%的氨水溶液(pH=11).将GO悬浮液缓慢加入到烧瓶中, 搅拌40 min后升温至80 ℃, 搅拌2 h.冷却至室温后, 将溶液倒入烧杯中, 用磁铁进行磁分离.用去离子水洗涤产物3次后, 再用乙醇继续洗涤2次, 60 ℃下真空干燥24 h, 然后磨碎.
2.2.3 砷离子印迹聚合物和非印迹聚合物的制备0.3 g的MGO溶解于50 mL无水乙醇中, 超声分散2 h.逐滴加入0.209 mL MPTS, 室温下搅拌反应2 h后加入48.4 mg NaAsO2, 继续搅拌12 h后, 再加入1 mL TEOS, 搅拌12 h.反应完成后将产物用磁铁进行分离, 然后用大量的pH=1的HCl洗涤, 以去除材料中的As(Ⅲ), 直至洗涤上清液中检测不到As(Ⅲ), 然后用去离子水洗涤至pH=7后真空干燥.
非印迹材料(MGO-NIP)与印迹材料(MGO-IIP)的制备方式相同, 只是不添加NaAsO2.
2.3 实验方法2.3.1 平衡吸附等温实验设置印迹与非印迹对照实验.两组实验中As(Ⅲ)的初始浓度分别为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 mg·L-1, 然后取0.02 g MGO-IIP与MGO-NIP分别加入到50 mL的两组上述溶液中, 在298、308和318 K下振荡吸附30 min, 测量吸附后溶液中As(Ⅲ)的浓度.
2.3.2 pH值影响实验取10个初始浓度为50 mg·L-1的As(Ⅲ)溶液, 分别加入0.02 g MGO-IIP(MGO-NIP), 然后分别调节溶液的pH为2~11, 在298 K下振荡吸附30 min, 测量吸附后溶液中As(Ⅲ)的浓度.
2.3.3 吸附动力学实验取初始浓度为50 mg·L-1的As(Ⅲ)溶液, 加入0.02 g MGO-IIP(MGO-NIP), 分别在298、308和318 K下振荡吸附1、2、5、8、10、15、20、30、45、60、90 min, 测量吸附后溶液中As(Ⅲ)的浓度.
2.3.4 阴离子影响实验本文选取NO3-、SO42-、PO43-、Cl-作为竞争离子对MGO-IIP(MGO-NIP)的选择识别性进行试验.每种竞争离子的初始浓度均为50 mg·L-1, As(Ⅲ)的初始浓度也为50 mg·L-1, 振荡吸附30 min后检测溶液中As(Ⅲ)的浓度.
2.3.5 材料重复利用实验取0.02 g MGO-IIP(MGO-NIP)置于50 mL浓度为50 mg·L-1的As(Ⅲ)溶液中, 振荡吸附30 min后, 测量吸附后溶液中As(Ⅲ)的浓度.用磁铁将材料与溶液进行分离, 然后用pH=1的HCl溶液进行洗涤, 直到洗涤液检测不到As(Ⅲ), 真空干燥.重复上述步骤4次, 分别测量每次吸附后溶液中As(Ⅲ)的浓度.
3 结果与讨论(Results and discussion)3.1 砷离子印迹聚合物形态及结构表征3.1.1 扫描电镜分析图 1a为MGO的扫描电镜图像, 可以看到, MGO呈现清晰的片层结构, 因而具有较大的比较面积, 有利于印迹修饰.图 1b为MGO-IIP的SEM图, 可以看出, 修饰印迹层后, 出现了团聚现象, 形成了粗糙的表面结构；另外, 出现了许多小的孔洞, 这可能是模板离子As(Ⅲ)被洗脱后留下的空穴, 这些空穴能够特异性识别As(Ⅲ), 并且大大增加了材料的比表面积, 提高了材料的吸附性能.
图 1(Fig. 1)
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| 图 1 MGO(a)和MGO-IIP (b)的扫描电镜图 Fig. 1The SEM image of MGO(a) and MGO-IIP(b) |
图 2(Fig. 2)
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| 图 2 MGO、MGO-IIP、MGO-NIP与未洗脱的MGO-IIP(MGO-IIP(As))的红外光谱图 Fig. 2The FTIR spectra of MGO, MGO-IIP, MGO-NIP and uneluted MGO-IIP(MGO-IIP(As)) |
3.1.2 红外光谱表征FTIR是一种证明官能团接枝的工具.由图 2可知, Fe—O的吸收峰在580 cm-1处, C—O—C的吸收峰在1218 cm-1处, C=C的吸收峰在1583 cm-1处, O—H的吸收峰在3388cm-1处, C=O的吸收峰在1714cm-1处, MGO-IIP的吸收峰偏移可能是As(Ⅲ)负载所致.这些峰均出现在4条曲线上, 说明MGO材料制备成功.在MGO-IIP、MGO-IIP(As)和MGO-NIP的FTIR图中, 于885 cm-1处出现了Si—O—CH3对称伸缩峰, 表明TEOS已修饰到MGO表面；在1058 cm-1处出现了Si—O的吸收峰, 说明MPTS也已修饰成功.比较MGO-IIP与MGO-IIP(As), 可见MGO-IIP(As)在846 cm-1与1442 cm-1处有明显的As吸收峰, 而MGO-IIP则没有, 说明MGO-IIP中As(Ⅲ)模板离子已被洗净.
3.1.3 X-射线衍射表征MGO、MGO-IIP样品的XRD图如图 3a所示, 在10°~80°的范围内, MGO出现了6个特征峰, 分别位于30.28°、35.55°、43.37°、53.78°、57.13°和62.8°处, 这些衍射峰位置与Fe3O4(PDF: 03-0863)衍射峰位一致.对比MGO与MGO-IIP的XRD图可以看出, MGO-IIP与MGO的特征峰位置基本一致, 说明修饰印迹聚合物后材料的晶型结构不变.在23.44°处出现了一个新的Si—O峰(PDF:27-0605), 这是因为在MGO表面修饰了TEOS.
3.1.4 磁滞回线表征磁滞回线可以很好地反映材料的磁学特征.如图 3b所示, MGO表现出超顺磁性, 饱和磁化强度达到49.86 emu·g-1.当修饰上As(Ⅲ)印迹聚合物后, 饱和磁化强度减弱到31.79 emu·g-1.但材料的磁性强度仍然较大, 能够实现在外加磁铁作用下材料与溶液的快速分离.
图 3(Fig. 3)
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| 图 3 MGO和MGO-IIP的X-射线衍射分析图(a)和磁滞回线(b) Fig. 3XRD patterns(a) and magnetization curves(b) of MGO and MGO-IIP |
3.2 pH对吸附效果的影响pH是影响吸附过程的重要因素.吸附现象可以用零点电荷(pHPZC)来解释(张秀荣, 2013), 当pH < pHPZC时, MGO-IIP表面带正电, 而pH>pHPZC时, MGO-IIP表面带负电.在大的pH范围内, As(Ⅲ)是以非离子形式(H3AsO3)存在.当9.2 < pH < 12.1时, 部分H3AsO3转化为H2AsO3-, 当12.1 < pH < 13.4时, 出现了HAsO32-, 当pH>13.4时, 出现了AsO33-, 说明As(Ⅲ)与吸附剂之间的排斥反应在较宽的pH范围内都较弱.因此, 从图 4可以看出, 在pH=6~9的范围内, MGO-IIP对As(Ⅲ)都有良好的吸附效果.当pH < 6时, MGO-IIP功能单体的官能团发生质子化现象, 导致配位能力降低, 与As(Ⅲ)结合困难, 吸附量变小.而As(Ⅲ)在碱性溶液中具有较高的吸附量, 表明静电因子不能控制MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附过程, 当pH>pHPZC时该吸附的主要机制为MGO-IIP表面的氨基对As(Ⅲ)的络合作用.Chandra等(2010)也报道过这一现象.
图 4(Fig. 4)
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| 图 4 溶液pH对MGO-IIP(MGO-NIP)吸附量的影响 Fig. 4Effect of pH on As(Ⅲ) adsorption on MGO-IIP(MGO-NIP) |
3.3 吸附动力学图 5a为不同温度下MGO-IIP(MGO-NIP)对As(Ⅲ)的吸附动力学曲线.可以看出, 在吸附的前20 min内, 吸附量有一个明显的上升过程, 20 min后吸附量逐渐趋于稳定, 表明材料在较短的时间内即可到达吸附平衡, 这是因为材料具备较大的比表面积、优良的亲水性及巯基对As(Ⅲ)的强配位能力.从图中还可以看出, MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附量显著高于MGO-NIP, 这从侧面说明印迹材料MGO-IIP表面的官能团排布更加有序, 功能单体得到了充分的利用(小宫山真等, 2006).此外, 从图中还可以看出, MGO-IIP与MGO-NIP的吸附量均随着温度的升高而增加, 说明该吸附是一个吸热反应, 温度升高更有利于吸附.
图 5(Fig. 5)
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| 图 5 不同温度下MGO-IIP(MGO-NIP)对As(Ⅲ)的吸附动力学(a.吸附动力学模型拟合, b.准一级动力学模型, c.准二级动力学模型, d.颗粒内部扩散模型) Fig. 5The kinetic of As(Ⅲ) adsorption onto MGO-IIP(MGO-NIP) at different temperatures(a.The kinetic linear fitting plots, b.Pseudo-first-order, c.Pseudo-second-order, d.Intraparticle diffusion model) |
使用准一级、准二级动力学模型和颗粒内部扩散模型来模拟吸附动力学, 3种模型的线性拟合结果如图 5b~5d)所示, 相关参数列于表 1中.从表中数据可以看出, 该吸附过程符合准二级动力学模型, 其可决系数最高(>0.998), 表明化学吸附作用是控制速率的关键因素.
表 1(Table 1)
| 表 1 准一级、准二级和颗粒内部扩散模型的动力学参数 Table 1 Kinetic parameters of the pseudo-first-order, pseudo-second-order and intra-particle diffusion models for As(Ⅲ) adsorption | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 1 准一级、准二级和颗粒内部扩散模型的动力学参数 Table 1 Kinetic parameters of the pseudo-first-order, pseudo-second-order and intra-particle diffusion models for As(Ⅲ) adsorption
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3.4 吸附等温线材料对于目标物的吸附与吸附温度和初始浓度有关.从图 6a可以看出, 随着As(Ⅲ)初始浓度的增加, 吸附量随之增加, 当As(Ⅲ)初始浓度达到200 mg·L-1时, 吸附容量达到饱和.同时, 随着温度的增加, MGO-IIP和MGO-NIP的吸附量也都增加.使用Langmuir、Freundlich和Tempkin 3种模型分析MGO-IIP(MGO-NIP)对As(Ⅲ)的吸附过程, 确定吸附机理, 拟合结果如图 6b~6d所示, 拟合参数见表 2.从表中可以看出, Langmuir模型最为适用, 不同温度下的可决系数均大于0.99.由表 2还可以看出, MGO-IIP对As(Ⅲ)的最大吸附量在318 K时为148.1 mg·g-1.在298 K下, 计算得到印迹因子(印迹与非印迹材料吸附量的比值)为2.35.印迹材料对As(Ⅲ)的优越吸附性能与材料的特异性识别能力有关.洗脱了模板离子As(Ⅲ)后, 在MGO-IIP中产生了大量的印迹空穴, 它们在作用力(与功能单体MPTS的相互作用)、形状、大小等方面与As(Ⅲ)相匹配.因此, 当与含有As(Ⅲ)的溶液接触后, As(Ⅲ)便被选择性地吸留到这些空穴之中.而非印迹材料(MGO-NIP)中没有这样的空穴, 所以其对As(Ⅲ)的吸附量比MGO-IIP要低得多.此外, MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附量也远大于MGO(31.3 mg·g-1)(邓天天等, 2018), 这显然得益于离子印迹聚合物IIP对As(Ⅲ)的强吸留作用.
图 6(Fig. 6)
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| 图 6 不同温度下As(Ⅲ)初始浓度对MGO-IIP(MGO-NIP)吸附量的影响(a)及吸附等温线拟合(b.Langmuir模型, c.Freundlich模型, d.Tempkin模型) Fig. 6Effect of initial As(Ⅲ) concentration on adsorption capacity of MGO-IIP(NIP)(a) and the adsorption isotherms linear fitting plots at different temperatures of Langmuir model(b), Freundlich model(c) and Tempkin model(d) |
表 2(Table 2)
| 表 2 MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附热力学参数 Table 2 Isotherm parameters of As(Ⅲ) adsorption on MGO-IIP | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 2 MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附热力学参数 Table 2 Isotherm parameters of As(Ⅲ) adsorption on MGO-IIP
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吸附热力学的标准焓变(ΔH)与熵变(ΔG)分别通过图 7的斜率与截距计算.表 3是材料对As(Ⅲ)的吸附热力学参数, ΔG均小于0, 表明材料对As(Ⅲ)的吸附是一个自发性的吸附过程.通常来说, 物理吸附为主时ΔG一般在-200~0 kJ·mol-1.本实验的ΔG均在该范围内, 说明MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附是一个物理吸附主导的过程.ΔH>0则说明材料对As(Ⅲ)的吸附为吸热过程, 温度越高, 越有利于吸附.ΔS>0表明在As(Ⅲ)的吸附过程中, 固-液界面混乱度增强.
图 7(Fig. 7)
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| 图 7 温度-吸附平衡常数拟合直线图 Fig. 7Fitting line between temperature and adsorption equilibrium constant |
表 3(Table 3)
| 表 3 MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附热力学参数 Table 3 The thermodynamic parameters of As(Ⅲ) adsorption on MGO-IIP | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 3 MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附热力学参数 Table 3 The thermodynamic parameters of As(Ⅲ) adsorption on MGO-IIP
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3.5 共存阴离子效应在实际水样处理中, 常常伴随其他离子的存在.图 8是常见的几种阴离子对As(Ⅲ)吸附的影响.当溶液中存在NO3-、SO42-、PO43-或Cl-时, 对MGO-IIP吸附As(Ⅲ)效果的影响不大, 这是因为MGO-IIP表面存在与As(Ⅲ)大小、形状和性质相匹配的特异性识别位点.PO43-对于As(Ⅲ)吸附的影响最大, 这是因为PO43-有着与As(Ⅲ)相似的空间结构和化学性质.尽管如此, 相对于MGO-NIP, MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附量仍然大得多.而当溶液中存在其他离子时, MGO-NIP对As(Ⅲ)吸附效果受到严重影响, 吸附量大大降低, 这说明MGO-NIP材料的特异性识别并不明显, 吸附过程容易受到其他阴离子的干扰.因此, MGO-IIP对As(Ⅲ)表现出令人满意的吸附选择性.
图 8(Fig. 8)
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| 图 8 共存阴离子对MGO-IIP(a)和MGO-NIP(b)吸附As(Ⅲ)的影响 Fig. 8Effect of co-existing anions on As(Ⅲ) adsorption on MGO-IIP(a) and MGO-NIP(b) |
3.6 材料的重复性利用图 9反映了MGO-IIP材料使用4次后的吸附效果.从图中可见, 材料每重复使用一次, 吸附量都会相应下降, 重复使用4次后, 吸附量相对于第一次来说下降9.27%, 说明MGO-IIP材料具有良好的再生效果, 这可以大大节约材料在使用过程中的成本.
图 9(Fig. 9)
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| 图 9 MGO-IIP的重复利用情况 Fig. 9Reusability of MGO-IIP |
4 结论(Conclusions)采用表面离子印迹技术制备的MGO-IIP材料对As(Ⅲ)有特异性识别功能且吸附效果良好.吸附机制包括化学吸附(表面络合作用)和物理吸附, 吸附过程符合Langmuir模型及准二级动力学模型.在318 K条件下, 最大吸附量为148.1 mg·g-1, 仅20 min即可达到吸附平衡, 印迹因子为2.35.在共存阴离子存在的情况下, MGO-IIP材料对As(Ⅲ)表现出良好的选择性, 且重复4次使用后吸附效果依然良好.因此, MGO-IIP材料在含砷废水处理方面具有潜在的应用价值.
参考文献
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