基于膨胀阻燃剂制备的氧化石墨烯复合物及其制备方法和在铜离子和汞离子吸附中的应用与流程

1.本发明属于化学合成和离子吸附技术领域，具体涉及一种基于膨胀阻燃剂制备的氧化石墨烯复合物及其制备方法和在铜离子和汞离子吸附中的应用。


背景技术：

2.在众多金属材料中，铜、汞毫无疑问在轻工业、电镀业、制造业、冶金工业、电气业、建筑业等领域与人类息息相关。但是这些工业所排出来的铜、汞废弃物会破坏我们的生态环境。比如，铜盐可直接造成血红蛋白变性，而超量的铜离子和汞离子会对大脑的中枢神经系统造成不可挽回的损伤，损害细胞膜，直接抑制身体一些有益酶的活性，甚至严重的还会引起血管内溶血。因此，当今研究的重要课题之一就是去除水溶液中铜、汞离子。
3.目前，水溶液中重金属离子的去除方法中常见的有离子交换法，生物吸附法，吸附法，共沉淀法，膜分离法等。通过这些重金属离子去除方式之间的相互对比中，吸附法因其方法简洁，操作简单易上手，价格低廉等特点脱颖而出，成为最具远景和最被人们广泛使用的方法之一。近年来对于使用农业废弃物如沸石、壳聚糖、粘土等用作对工业所排出来的重金属废弃液的吸附的相关研究报道日益增多。但可通过这些报道观察到使用农业废弃物作为吸附剂的缺点是其吸附的效率与其吸附的容量会因实际应用操作而受到很大程度上的限制。从近来的报道上可以了解到不乏学者成功的使用了活性炭来去除工业所排出来的废弃液的重金属离子。但是，使用活性炭就需要投入巨大成本来确保其质量。是以，寻觅一种高效且价格低廉的吸附剂对于我们来讲是非常急切的。对于拥有优异的力学、光学、电学和热血性质及其奇特的二维结构的石墨烯，无疑是当前科学研究的热点话题。而作为石墨烯氧化改性的衍生物，具有大量含氧官能团的氧化石墨烯使其极具可能成为一种性价比超高的吸附剂材料。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种基于膨胀阻燃剂制备的氧化石墨烯复合物及其制备方法，另一目的是提供一种上述氧化石墨烯复合物在铜离子和汞离子吸附中的应用。
5.本发明采用如下技术方案：
6.基于膨胀阻燃剂制备氧化石墨烯复合物，由含锌离子液体插层氧化石墨烯制得，含锌离子液体由对羟基苯甲醚、丙烯酰胺、氯化锌按重量份0.05:1:1的比例混合制得。
7.基于膨胀阻燃剂制备氧化石墨烯复合物的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤一，含锌离子液体的制备：在100ml的圆底烧瓶里按顺序的先后依次放入称取好的1.50g的对羟基苯甲醚与30.00g的丙烯酰胺并混合均匀，然后在冷凝回流的条件下把圆底烧瓶安置在油浴锅中并调整适合的磁力搅拌速度进行搅拌，温度控制为92℃，当圆底烧瓶里的反应物完全熔为液体后再缓慢加入 30g的氯化锌反应4h，期间保持适当的搅拌速
度和92℃的温度，圆底烧瓶里的澄清透明液体即是含锌离子液体；
9.步骤二，氧化石墨烯的制备：量取114ml浓硫酸并缓慢倒入500ml三口烧瓶，避免产生大量白烟，冰浴冷却至0℃，在电动搅拌器的持续搅拌下加入上述预氧化好的石墨粉至全溶，再把称取好的18.0g的高锰酸钾缓慢加到烧瓶中，反应的整体温度要在10℃以下，并且持续反应1h，1h后将温度缓慢升至 35℃再让其继续反应1h，混合物在不断反应的过程当中会渐渐变成褐色粘稠物；接着把200ml去离子水缓慢加到三口烧瓶中，此时整体反应温度要控制在60℃以下；由于去离子水的不断增加，混合物反应液会产生大量的气泡，而且混合物的颜色会逐步变深；待200ml去离子水全部加完后把温度调升至95℃再让烧瓶中的混合物反应40min；最后把500ml去离子水和60ml 30％h2o2加到产物中，该产物由褐色变为亮黄色；静置一夜后，取少量产物溶液用bacl2溶液检测是否含有so
42-，若有则继续加30％h2o2直至产物不含so
42-为止即可，再把产物用去离子水洗涤抽滤至中性，并把抽滤后的固体放在干燥箱下干燥48 h，温度控制在60℃，干燥完即可得到氧化石墨烯，标记为go；
10.步骤三，氧化石墨烯复合物的制备：在常温条件下，将称量好的20ml含锌离子液体液体倒入100ml的烧杯中，再将20mg氧化石墨烯加入烧杯中，采用超声波清洗器对其进行超声处理4h，超声功率450w；然后冰浴条件下继续机械搅拌24h，转速为500rpm，后放到真空干燥箱干燥48h，温度为50℃；待产物降到室温时，加入3％体系的光引发剂1173进行uv固化，再将固化后的产物放到管式炉进行煅烧，煅烧时间30min，温度为500℃；将煅烧后的产物研磨得到黑色粉状固体，即为氧化石墨烯复合物，标记为go-in。
11.优选的，所述步骤二中，石墨粉的预氧化步骤包括：量取30.0ml浓硫酸缓慢加到500ml三口烧瓶中，避免产生大量白烟，再把6.0g过二硫酸钾和6.0g 五氧化二磷按照顺序的先后依次加到三口烧瓶中用电动搅拌器取适当搅拌速度进行搅拌溶解，加热温度为90℃；充分溶解后，冷却至80℃；再加入6.4g石墨粉并移至水浴锅在温度为80℃的恒温条件下冷凝回流4.5h；结束后冷却至室温，用去离子水洗涤至中性后静置一夜再抽滤，把抽滤后的固体放在烘干箱干燥24h，温度为60℃。
12.基于膨胀阻燃剂制备氧化石墨烯复合物在铜离子吸附中的应用。
13.优选的，cu
2
的移除率会随着go-in用量、吸附时间、溶液初始的ph值的增加而增大，当吸附剂为40mg，吸附时间1440min，ph＝5.0，对25ml 50mg/l cu
2
的移除率可达到97.5％。
14.基于膨胀阻燃剂制备氧化石墨烯复合物在汞离子吸附中的应用。
15.优选的，hg
2
的移除率会随着go-in用量、吸附时间、溶液初始的ph值的增加而增大，当吸附剂为50mg，吸附时间1440min，ph＝6，对25ml 50mg/l hg
2
的移除率为99.2％。
16.基于膨胀阻燃剂制备氧化石墨烯复合物在铜离子和汞离子吸附中的应用。
17.优选的，go-in对cu
2
、hg
2
的吸附过程都符合准二级动力学模型的吸附体系，其吸附速率由物理吸附和化学吸附共同控制。
18.优选的，go-in对cu
2
、hg
2
的吸附过程都符合langmuir吸附等温模型。
19.由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备由含锌离子液体插层氧化石墨烯制备的剥离型超薄氧化石墨烯复合物是黑色粉末固体，其大量的含氧官能团可以用来吸附处理工业废水中铜离子和汞离子；
20.通过对cu
2
的吸附实验实验所制备的go-in对cu
2
的吸附效果比go更优异，cu
2
的
移除率会随着go-in用量、吸附时间、溶液初始的ph值的增加而增大。其间，当吸附剂为40mg，吸附时间1440min，ph＝5.0，对25ml 50mg/l cu
2
的移除率可达到97.5％；
21.通过对hg
2
的吸附实验，可以得到实验所制备的go-in比go具有更优异的吸附性能，hg
2
的移除率会随着go-in用量、吸附时间、溶液初始的ph值的增加而增大。其间，当吸附剂为50mg，吸附时间1440min，ph＝6，对25ml 50 mg/l hg
2
的移除率为99.2％；
22.通过吸附动力学的研究表明，go、go-in对cu
2
、hg
2
的吸附过程都符合准二级动力学模型的吸附体系，其吸附速率由物理吸附和化学吸附共同控制，主要是由化学吸附控制；
23.通过吸附热力学的研究结果表明，go、go-in对cu
2
、hg
2
的吸附过程都符合langmuir吸附等温模型但与freundlich吸附等温模型有较大偏差，结果表明go-in对cu
2
、hg
2
的吸附过程都十分高效。
附图说明
24.图1为go的扫描电镜照片图；
25.图2为go-in的扫描电镜照片图；
26.图3为含锌离子液体红外光谱图；
27.图4为go红外光谱图；
28.图5为go-in红外光谱图；
29.图6为煅烧go-in红外光谱图；
30.图7为go、go-in、煅烧go-in的xrd图谱图；
31.图8为cu
2
标准曲线图；
32.图9为吸附剂对cu
2
移除率的影响图；
33.图10为cu
2
吸附时间对吸附性能的影响图；
34.图11为cu
2
溶液初始ph对吸附性能的影响图；
35.图12为不同cu
2
初始浓度对吸附性能的影响图；
36.图13为cu
2
吸附时间对吸附动力学的影响图；
37.图14为准一级动力学模型对cu
2
的吸附拟合曲线图；
38.图15为准二级动力学模型对cu
2
的吸附拟合曲线图；
39.图16为颗粒内扩散模型对cu
2
的吸附拟合曲线图；
40.图17为langmuir模型拟合吸附等温线图；
41.图18为freundlich模型拟合吸附等温线图；
42.图19为hg
2
标准曲线图；
43.图20为吸附剂对hg
2
移除率的影响图；
44.图21为hg
2
吸附时间对吸附性能的影响图；
45.图22为hg
2
溶液初始ph对吸附性能的影响图；
46.图23为不同hg
2
初始浓度对吸附性能的影响图；
47.图24为hg
2
吸附时间对吸附动力学的影响图；
48.图25为准一级动力学模型对hg
2
的吸附拟合曲线图；
49.图26为准二级动力学模型对hg
2
的吸附拟合曲线图；
50.图27为颗粒内扩散模型对hg
2
的吸附拟合曲线图；
51.图28为langmuir模型拟合吸附等温线图；
52.图29为freundlich模型拟合吸附等温线图。
具体实施方式
53.以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
54.基于膨胀阻燃剂制备氧化石墨烯复合物，由含锌离子液体插层氧化石墨烯制得。
55.含锌离子液体由对羟基苯甲醚、丙烯酰胺、氯化锌按重量份0.05:1:1的比例混合制得。
56.基于膨胀阻燃剂制备氧化石墨烯复合物的制备方法，包括以下步骤：
57.步骤一，含锌离子液体的制备：在100ml的圆底烧瓶里按顺序的先后依次放入称取好的1.50g的对羟基苯甲醚与30.00g的丙烯酰胺并混合均匀，然后在冷凝回流的条件下把圆底烧瓶安置在油浴锅中并调整适合的磁力搅拌速度进行搅拌，温度控制为92℃，当圆底烧瓶里的反应物完全熔为液体后再缓慢加入30g的氯化锌反应4h，期间保持适当的搅拌速度和92℃的温度，圆底烧瓶里的澄清透明液体即是含锌离子液体，标记为zn(am)cl2；
58.步骤二，a、石墨预氧化：量取30.0ml浓硫酸缓慢加到500ml三口烧瓶中，避免产生大量白烟，再把6.0g过二硫酸钾和6.0g五氧化二磷按照顺序的先后依次加到三口烧瓶中用电动搅拌器取适当搅拌速度进行搅拌溶解，加热温度为90℃；充分溶解后，冷却至80℃；再加入6.4g石墨粉并移至水浴锅在温度为80℃的恒温条件下冷凝回流4.5h；结束后冷却至室温，用去离子水洗涤至中性后静置一夜再抽滤，把抽滤后的固体放在烘干箱干燥24h，温度为60℃；
59.b、氧化石墨烯的制备：量取114ml浓硫酸并缓慢倒入500ml三口烧瓶，避免产生大量白烟，冰浴冷却至0℃，在电动搅拌器的持续搅拌下加入上述预氧化好的石墨粉至全溶，再把称取好的18.0g的高锰酸钾缓慢加到烧瓶中，反应的整体温度要在10℃以下，并且持续反应1h，1h后将温度缓慢升至35℃再让其继续反应1h，混合物在不断反应的过程当中会渐渐变成褐色粘稠物；接着把200ml去离子水缓慢加到三口烧瓶中，此时整体反应温度要控制在60℃以下；由于去离子水的不断增加，混合物反应液会产生大量的气泡，而且混合物的颜色会逐步变深；待200ml去离子水全部加完后把温度调升至95℃再让烧瓶中的混合物反应40min；最后把500ml去离子水和60ml 30％h2o2加到产物中，该产物由褐色变为亮黄色；静置一夜后，取少量产物溶液用bacl2溶液检测是否含有so
42-，若有则继续加30％h2o2直至产物不含so
42-为止即可，再把产物用去离子水洗涤抽滤至中性，并把抽滤后的固体放在干燥箱下干燥48h，温度控制在60℃，干燥完即可得到氧化石墨烯，标记为go；
60.步骤三，氧化石墨烯复合物的制备：在常温条件下，将称量好的20ml含锌离子液体液体倒入100ml的烧杯中，再将20mg氧化石墨烯加入烧杯中，采用超声波清洗器对其进行超声处理4h，超声功率450w，期间烧杯用保鲜膜密封；然后冰浴条件下继续机械搅拌24h，转速为500rpm，后放到真空干燥箱干燥48h，温度为50℃；待产物降到室温时，加入3％体系的光引发剂1173进行uv固化，再将固化后的产物放到管式炉进行煅烧，煅烧时间30min，温度为500℃；将煅烧后的产物研磨得到黑色粉状固体，即为氧化石墨烯复合物，标记为go-in。
61.一、氧化石墨烯复合物(go-in)的表征
62.(一)扫描电子显微镜
63.取适量go、go-in，进行电镜扫描，放大倍数为10000倍，对go、go-in 样品的形貌进行表征，观察实验所得氧化石墨烯复合物的微观结构，go的微观结构具体参照图1、go-in的微观结构具体参照图2。
64.图1和图2所示的分别是放大10000倍的go与的go-in的扫描电镜图；由图1可知，go己无石墨表面的金属光泽，呈现出带有一定褶皱和弯曲的片状结构，团聚程度相对较低，但依然为多层片状结构，这是由于c2和c3共存在；与go相比，go-in表面较go光滑、层次比较分明，剥离出来的氧化石墨烯片层厚度更薄，表面积明显增大，作为吸附剂有利于吸附的进行。
65.(二)傅里叶变换红外光谱
66.本此实验采用的是tensor 27傅里叶变换红外光谱仪，用光谱纯kbr压片， kbr用量为0.160g，kbr用量量跟样品关系为150:1，波数范围为4000-500cm-1
的特定条件下对上述实验制得的zn(am)cl2、go、go-in、煅烧go-in进行红外光谱分析，具体参见图3至图6，图3为zn(am)cl2的红外光谱图；图4为go的红外光谱图、图5为go-in的红外光谱图、图6为煅烧go-in的红外光谱图。
67.图3是zn(am)cl2的红外光谱图，由谱图可知在3500cm-1
处出现了nh2反对称吸收峰，1592cm-1
处出现了n-h变形振动吸收峰，3389cm-1
处出现了n-h 键伸缩振动吸收峰，3298cm-1
处出现了o-h键的伸缩振动吸收峰，1670cm-1
处出现了c＝o键的吸收峰，1429cm-1
和1348cm-1
处出现了c-h弯曲振动的吸收峰，1598cm-1
处出现了芳环的c＝c伸缩振动吸收峰，1512cm-1
处出现了c-n 振动吸收峰，1277cm-1
和1116cm-1
处出现了＝co-n键的吸收峰，在981cm-1
和807cm-1
处出现了烯烃c-h面向弯曲振动的吸收峰，而在553cm-1
处出现的是zn-o键的吸收峰，这说明zncl与丙烯酰胺存在反应。
68.图4是go的红外光谱图，由谱图可知石墨被氧化后所生成的go在3402 cm-1
处出现的吸收峰是官能团-oh的o-h伸缩振动峰，在1758cm-1
处出现了官能团-cooh的-c＝o的伸缩振动峰，在1639cm-1
出现的吸收峰是c＝c骨架振动吸收峰，而在1471cm-1
，1053cm-1
处分别出现了c-oh和环氧基的特征吸收峰，且898cm-1
是o-h弯曲振动吸收峰。这些数据表明，go上含有羟基、环氧基、羧基等众多含氧官能团。
69.图5是go经过zn(am)cl2插层生成的go-in的红外光谱图，由谱图可知经过插层后的go在3500cm-1
处出现了官能团-oh的o-h伸缩振动峰，在2352 cm-1
出现的吸收峰是c＝c伸缩振动吸收峰，1720cm-1
处出现了官能团-cooh的
ꢀ‑
c＝o的伸缩振动峰，1681cm-1
处是羰基化合物c＝o伸缩振动吸收峰，在1478 cm-1
～1392cm-1
区域是c-h弯曲振动的吸收峰，而1195cm-1
～1010cm-1
的指纹区是c-o-c的伸缩振动吸收峰，895cm-1
是o-h弯曲振动吸收峰，这表明go与 zn(am)cl2相互共存。
70.图6是go经过zn(am)cl2插层生成的go-in再煅烧膨胀的红外光图，由谱图可知3498cm-1
处出现的吸收峰是官能团-oh的o-h伸缩振动峰，2759cm-1
处出现的吸收峰是饱和碳上的c-h伸缩振动的吸收峰，2400cm-1
～2389cm-1
区域是-c＝c＝o的吸收特征峰，1680cm-1
～1559cm-1
处出现的吸收峰是-c＝o的吸收特征峰，1323cm-1
处是c-h面内弯曲振动吸收峰峰，1082cm-1
处出现的吸收峰是c-o的吸收特征峰，这表明go-in在煅烧膨胀后生成的产品中羟基、环氧基、羧基等众多含氧官能团的数目有了明显的增多，而这些官能团可以提供大量的吸附结合点，有效的增强go-in的吸附性能。
71.(三)x射线衍射
72.本实验采用的是xrd-6100x射线衍射仪，样品测试条件为cu靶，石墨单色器，cukα射线，波长为0.152nm，管流30.0ma，功率为2.0kw，角度范围为-6
°
～80
°
，管压40.0kv，扫描速率为6
°
/min，步长为0.02
°
，对上述实验所制得的go-in进行xrd扫描和分析，具体参见图7。
73.由图7可知，go在2θ＝10.0
°
出现一个明显的(001)特征峰，并在2θ＝23.6
°
出现了(002)衍射峰，而在go-in中(002)衍射峰消失，但(001)特征峰不变，这表明在zn(am)cl2插层的过程中go的固有结构并没有发生改变；而在煅烧go-in 的xrd中，在2θ＝10.0
°
处并没有出现(001)特征峰而是对应出现在2θ＝0.1
°
，说明go中的碳结构由于煅烧发生了晶格畸变，在膨胀的过程中zn(am)cl2将使 go被剥离，增加了材料的表面积和吸附结合点，这与红外光谱得到的结论相符。
74.二、go、go-in对cu
2
的吸附性能测试
75.本次实验采用紫外-分光光度法来测定cu
2
的浓度。
76.其所需配置的溶液如下：
77.1000mg/l cu
2
标准溶液：称取3.928g的无水硫酸铜加少量去离子水搅拌溶解后再定容到1l的容量瓶中，摇匀备用。
78.缓冲液(氯化铵-氨水)：称取5.4g nh4cl与35ml nh3·
h2o用玻璃棒溶解后再用去离子水定容到100ml的容量瓶，摇匀备用。
79.显色剂(铜试剂)：称取0.054g的铜试剂加少量去离子水搅拌溶解后再定容到100ml的容量瓶，摇匀备用。
80.0.1mol/l盐酸：用移液管移取1ml的浓盐酸到100ml的容量瓶中再用去离子水定容，摇匀备用。
81.0.1mol/l氢氧化钠溶液：称取0.400g的氢氧化钠固体(分析纯)加少量去离子水用玻璃棒搅拌至完全溶解后再定容到100ml的容量瓶，摇匀备用。
82.(一)cu
2
标准曲线测定
83.用移液管移取上述cu
2
标准溶液1ml用去离子水定容到100ml的容量瓶，摇匀，此时该容量瓶中cu
2
的浓度为10mg/l。
84.取6个50ml干净的容量瓶，按顺序贴好标签，然后依次加入1ml、2ml、3 ml、4ml、5ml、6ml上述液，接着在每个容量瓶中逐一加入5ml显色剂、4 ml缓冲液，再用去离子水定容到刻度线，摇匀，构成具有一定浓度梯度的标准系列溶液，然后用3cm的比色皿装配上述标准系列溶液在紫外-可见分光光度计下进行测定，测定波长为200nm～800nm，找到最大吸收波长并且记录最大吸收波长(452nm)处的吸光度。本实验中横坐标为cu
2
浓度，纵坐标为吸光度，绘制关于cu
2
浓度的标准曲线，具体参见图8。
85.由图8可知，随cu
2
的浓度逐渐增大吸光度也逐渐变大，且cu
2
浓度越高吸光度变化越明显。线性拟合所得的标准曲线方程为y＝0.1473x 0.0584且相关系数 r2＝0.9996，表明该标准曲线拟合效果良好，可靠性强，相关度高。
86.(二)对cu
2
的吸附研究
87.取上述cu
2
标准溶液适量，依次稀释浓度为40-320mg/l的cu
2
溶液，研究吸附剂添加量、cu
2
溶液初始ph值、cu
2
初始浓度、吸附时间、和温度因素对 go、go-in吸附性能的影
响，以及通过吸附动力学、吸附等温线来探究go、go-in 对cu
2
溶液的吸附机理及性能。
88.实验中，cu
2
去除率和吸附容量计算按式1.1和1.2。
89.a＝[(c
0-ce)
÷ce
]
×
100％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.1)
[0090]
qe＝[(c
0-ce)
÷
m]
×vꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.2)
[0091]
其中，c0、ce分别是吸附剂加入前cu
2
的初始浓度和吸附后浓度，mg/l； m是吸附体系中吸附剂的质量，mg；v是cu
2
溶液的体积，l。
[0092]
1、吸附剂添加量对cu
2
移除率的影响
[0093]
取两组若干个100ml的干净锥形瓶，贴好标签按顺序逐一加入25ml浓度为 50mg/l的cu
2
溶液。用0.1mol/l盐酸和0.1mol/l氢氧化钠溶液把溶液的ph值逐一调至为5.0。然后按照标签顺序分别加入10、20、30、40、50，60mg的go、 go-in，在298.15k温度下，搅拌时间为4h。吸附结束后，用纳米级一次性过滤膜过滤分离吸附剂，分别用移液管移取1ml的过滤液加入5ml显色剂、4ml缓冲液，再用去离子水定容到50ml的容量瓶，然后用紫外-可见分光光度计检测平衡后的cu
2
浓度，将得到的数据绘制成折线图，具体参见图9。
[0094]
由图9所示，go、go-in用量的不断增加，go、go-in对cu
2
的移除率都在增加，其中go-in的移除效果更明显；这是因为go-in与cu
2
结合位点更多。其中，在25ml 50mg/l cu
2
的溶液中go-in用量为40mg时，移除率达到达 94.8％点，而go的添加量为50mg时，才移除了51.3％，说明go-in对cu
2
的吸附容量大于go的吸附容量。
[0095]
2、吸附时间对吸附性能的影响
[0096]
取两组若干个100ml的干净锥形瓶，贴好标签按顺序逐一加入25ml浓度为50mg/l的cu
2
溶液，用0.1mol/l盐酸和0.1mol/l氢氧化钠溶液把溶液的 ph值逐一调至为5.0。然后按照标签顺序分别加入10mg go、go-in，在298.15 k水浴下，搅拌时间为10-1440min。然后，放在超声波清洗器超声10、20、40、 60、80、100、120、180、240、480、960、1440min。吸附结束后，用纳米级一次性过滤膜过滤分离吸附剂，分别用移液管移取1ml的过滤液加入5ml显色剂、4ml缓冲液，再用去离子水定容到50ml的容量瓶，然后用紫外-可见分光光度计检测平衡后的cu
2
浓度，将得到的数据绘制成折线图，具体参见图10。
[0097]
通过图10可知，当温度在298.15k时，go、go-in吸附量随反应时间的变化影响如图10所示。在前200min中，go、go-in对cu
2
的移除率在缓慢的增加，而go-in在200min后吸附量敏捷上升。这是因为go-in的结合位点不能与cu
2
马上结合，在1440min出现平衡点，吸附率达到96.2％，同样的go 在1440min出现平衡点，吸附率54.7％。说明在相同时间内go-in对cu
2
的吸附效果优于go。
[0098]
3、cu
2
溶液初始ph对吸附性能的影响
[0099]
取两组若干个100ml的干净锥形瓶，贴好标签按顺序逐一加入25ml浓度为50mg/l的铜离子溶液；用0.1mol/l盐酸和0.1mol/l氢氧化钠溶液把溶液的 ph值调节为2-7。然后按照标签顺序分别加入10mg go、go-in，在298.15k 温度下，搅拌时间为4h。吸附结束后，用纳米级一次性过滤膜过滤分离吸附剂，分别用移液管移取1ml的过滤液加入5ml显色剂、4ml缓冲液，再用去离子水定容到50ml的容量瓶，然后用紫外-可见分光光度计检测平衡后的cu
2
浓度，将得到的数据绘制成折线图，具体参见图11。
[0100]
从图11可知，溶液初始ph值不仅影响铜离子的存在状态和沉淀类型，而且吸附剂表面有大量的吸附活性位点，这些官能团的存在形态也会受ph值影响。由图11可知，cu
2
的
吸附量随着ph的增大而增大，这是因为当ph值在不断增大的同时，oh-的浓度也在增大，从而为其它阳离子的吸附提供了很大的便利空间，使得吸附率较高。初始铜离子浓度为25ml 50mg/l的溶液，当ph由 7.0降低到2.0溶液中oh-的浓度逐渐降低，重金属离子的吸附量随之增加，go-in 对cu
2
的吸附率分别从100％降低到6.6％而go的吸附率也从96.9％降到 0.2％；这是因为ph的大小直接影响了吸附剂的表面电荷，随着ph的逐渐增大， go-in的负电荷也在增加，直接增强了cu
2
与吸附剂上的官能团之间的静电吸附，使得形成金属离子鳌合物；由此可得，溶液的ph会影响吸附剂上官能团的吸附形态，由于ph大于6.0时，cu
2
容易与oh-反应沉降，故本章后续实验中，都选择ph＝5.0作为吸附溶液的ph值。
[0101]
4、cu
2
初始浓度对吸附性能的影响
[0102]
取两组若干个100ml的干净锥形瓶，贴好标签按顺序逐一加入25ml浓度为40-320mg/l的cu
2
溶液，用0.1mol/l盐酸和0.1mol/l氢氧化钠溶液把溶液的ph值逐一调至为5.0。然后按照标签顺序分别加入10mg go、go-in，在298.15 k温度下，搅拌时间为4h。吸附结束后，用纳米级一次性过滤膜过滤分离吸附剂，分别用移液管移取1ml的过滤液加入5ml显色剂、4ml缓冲液，再用去离子水定容到50ml的容量瓶，然后用紫外-可见分光光度计检测平衡后的cu
2
浓度，将得到的数据绘制成折线图，具体参见图12。
[0103]
从图12为温度298.15k，吸附剂质量为10mg，吸附时间为240min和最佳初始ph时，初始浓度范围为40-320mg/l的cu
2
溶液对吸附性能的影响图。
[0104]
在cu
2
初浓度小于160mg/l时，go和go-in对cu
2
的吸附量增加幅度大。因为初始离子浓度较小时，go和go-in的不饱和吸附位点数量多，吸附位点浓度与铜离子浓度形成较大的浓度差，铜离子扩散阻力小，所以随初始铜离子浓度增大，go和go-in吸附量增加较快。
[0105]
在cu
2
初始浓度为200-280mg/l时，随浓度继续增大，数量有限的吸附位点逐渐被占用，趋于饱和，cu
2
扩散动力减小，因而go和go-in对cu
2
的吸附量增加缓慢。在初始浓度大于280mg/l时，go和go-in对cu
2
的吸附逐渐接近平衡(吸附位点达到饱和)。另外，在相同离子浓度对比下go-in对cu
2
的吸附量要大于 go，表明go-in比go的吸附性能更好，这可能是因为go-in复合材料具有较大的比表面积结构，且表面含有更多负电性含氧基团，与cu
2
间的作用力更强。
[0106]
5、吸附动力学研究
[0107]
对2-吸附时间对吸附性能的影响中的10-180min的实验数据用准一级动力学模型、准二级动力学模型和粒子内扩散模型，探讨go和go-in对cu
2
的吸附动力学。
[0108]
准一级速率方程：ln(q
e-q
t
)＝lnq
e-k1t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.3)
[0109]
准二级速率方程：
[0110]
颗粒内扩散模型：q
t
＝kit
0.5
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.5)
[0111]
式中，qe——平衡状态下吸附剂对cu
2
的吸附量，mg
·
g-1
；
[0112]qt
——吸附时间为t时吸附剂对cu
2
的吸附量，mg
·
g-1
；
[0113]
k1——准一级动力学速率方程参数，min-1
；
[0114]
k2——准二级动力学速率方程参数，min-1
；
[0115]ki
——颗粒内扩散常数，mg
·
g-1
·
min-0.5
；
[0116]
t——吸附时间，min；
[0117]
c——方程的截距，常数。
[0118]
将获得的数据，以时间为横坐标，平衡状态下的吸附量为纵坐标，制备折线图，具体参见图13。
[0119]
由图13可知，在控制温度为298.15k，10mg的go和go-in的实验范围内，25ml 50mg/l的cu
2
溶液，吸附量都随着时间的增加而增加，初始阶段吸附进行得十分迅速，cu
2
溶液在都120min后出现吸附平衡点，平衡后的吸附量分别为145.2359mg
·
g-1
、93.8795mg
·
g-1
。这是因为go-in的官能团数目大于go，吸附位点数目较多，使得吸附量更大。
[0120]
获得的准一级动力学模型参数，具体参见表1。
[0121]
表1准一级动力学模型参数表
[0122][0123]
将上述参数绘制成准一级动力学模型对cu
2
的吸附拟合曲线图，具体参见附图14。
[0124]
由表1及图14可知，go、go-in的线性相关度分别为0.9725和0.93112都具有明显的偏离；这说明实际实验所得的平衡吸附量与准一级动力学模型拟合得出的平衡吸附量不仅拟合性差且相差甚远。
[0125]
获得的准二级动力学模型参数，具体参见表2。
[0126]
表2准二级动力学模型参数表
[0127][0128]
将上述参数绘制成准二级动力学模型对cu
2
的吸附拟合曲线图，具体参见附图15。
[0129]
通过表1及图15可得，go、go-in的线性相关度分别为0.9984和0.9989，即实际实验所得的平衡吸附量与准二级动力学模型拟合得出的平衡吸附量比较接近。
[0130]
综合上述准一级、二级动力学模型模拟结果及其模型参数表，可以看到go、 go-in的准二级动力学模型的线性相关度为0.9984和0.9989，高于准一级动力学模型；而且，拟合曲线所得的平衡吸附量相和与准一级动力学模型所得结果相比，准二级动力学模型拟合结果更为接近，可见准二级动力学模型对动力学的拟合效果要比准一级动力学模型的好得多，因此准二级动力学模型可以更好地拟合go-in和go对cu
2
的吸附过程。所以，本实验的吸附过程符合准二级动力学模型的吸附体系，而化学吸附是主要的速率控制步骤。
[0131]
获得的颗粒内扩散模型参数，具体参见表3。
[0132]
表3颗粒内扩散模型参数表
[0133][0134][0135]
将上述参数绘制成颗粒内扩散模型对cu
2
的吸附拟合曲线图，具体参见图 16。
[0136]
通过图16和表3可知，相比于准一级、二级动力学模型的拟合效果，go-in 和go的颗粒内扩散模型的不仅拟合相关度较低，而且拟合效果也比较差。但这 一模型可以用来预测实验过程可能发生的吸附机理，如果吸附过程为颗粒内扩 散控制，那么该拟合曲线不仅是线性的、过坐标原点还要高度相关。从图16可 以得到，此次吸附过程至少包含二到三个反应阶段。第一个反应阶段，是由外 表面吸附或瞬间吸附来控制速率；属于逐步吸附阶段的第二反应阶段，是由颗 粒内扩散来控制速率；属于最终吸附平衡阶段的第三个反应阶段，是由化学反 应来控制速率。由图16中的拟合关系的复杂性证明了，在这个吸附过程中，颗 粒内扩散不是体系的的唯一机理，应该是由多个反应阶段共同控制速率。
[0137]
6、吸附等温线研究
[0138]
对4-cu
2
初始浓度对吸附性能的影响中的实验数据，使用langmuir吸附等温模型和freundlich吸附等温模型可以直接拟合出不同平衡浓度和平衡吸附量，通过得到的拟合曲线和各个模型参数，可以分析讨论go和go-in 的吸附行为方式。
[0139]
langmuir方程：
[0140]
freundlich方程：
[0141]
式中，qe——平衡状态下吸附剂对cu
2
的吸附量，mg
·
g-1
；
[0142]
qm——吸附剂对cu
2
的饱和吸附量，mg
·
g-1
；
[0143]ce
——吸附平衡后cu
2
的质量浓度，mg
·
l-1
；
[0144]kl
——langmuir等温常数；
[0145]
kf、n——freundlich等温常数。
[0146]
获得langmuir吸附等温模型参数表，具体参见表4。
[0147]
表4 langmuir吸附等温模型参数表
[0148][0149]
将上述参数绘制成langmuir模型拟合吸附等温线图，具体参见图17。
[0150]
获得freundlich吸附等温模型参数，具体参见表5。
[0151]
表5 freundlich吸附等温模型参数表
[0152][0153]
将上述参数绘制成freundlich模型拟合吸附等温线图，具体参见附图18。
[0154]
由表4、表5及图17、18可知，go-in和go的langmuir吸附等温模型的相关系数分别为0.9991和0.9981，而freundlich吸附等温模型的相关系数为0.8601和 0.9867，通过这两种模型对比可以得到go和go-in对cu
2
吸附行为是都是单分子吸附。
[0155]
三、go、go-in对hg
2
的吸附性能测试
in对hg
2
的吸附效果比go更好。
[0170]
3、hg
2
溶液初始ph对吸附性能的影响
[0171]
具体步骤参见cu
2
的相应步骤，获得hg
2
溶液初始ph对吸附性能的影响图，具体参见图22。
[0172]
由图22可以得出溶液的初始ph值是一个十分能影响到go、go-in吸附 hg
2
的条件。hg
2
的吸附量会跟着ph的增大而增大，其中对go-in的吸附量影响更大，这是因为ph值在不断增大的过程中，oh-的浓度也随之增大，从而为其它阳离子的吸附提供了很大的便利空间，使得吸附率较高。当ph由7.0降低到2.0溶液中oh-的浓度逐渐降低，重金属离子的吸附量随之增加，初始hg
2
浓度为25ml 50mg/l的溶液，go-in的吸附率分别从62.6％降低到3.6％而go 的吸附率从25.5％降低到0％。这是因为ph的大小直接影响了吸附剂的表面电荷，在溶液的ph不断增大的同时，go、go-in的负电荷也在持续增加，这直接加强了hg
2
与go、go-in上的官能团之间的静电吸附，使得形成金属离子鳌合物。在相同ph值的对比下，go-in对hg
2
的吸附量都要大于go这是因为 go-in具有更多的官能团。由此可得，溶液的ph是会影响到吸附剂上官能团的吸附形态。
[0173]
4、hg
2
初始浓度对吸附性能的影响
[0174]
具体步骤参见cu
2
的相应步骤，获得不同hg
2
溶液初始浓度对吸附性能的影响图，具体参见图23。
[0175]
图23为温度298.15k，吸附剂质量为10mg，吸附时间为240min和最佳初始ph时，初始浓度范围为40-320mg/l的hg
2
溶液对吸附性能的影响图。
[0176]
在hg
2
初浓度小于280mg/l时，go和go-in对汞离子的吸附量都在逐渐增加且幅度较大。因为初始汞离子浓度较小时，go和go-in的不饱和吸附位点数量多，吸附位点浓度与hg
2
浓度会形成较大的浓度差，使得hg
2
扩散阻力小，所以随着初始汞离子浓度的增大，go和go-in吸附量也在不断的增加。
[0177]
在hg
2
初始浓度为80-280mg/l时，随浓度继续增大，数量有限的吸附位点逐渐被占用，趋于饱和，hg
2
扩散动力减小，因而go和go-in对hg
2
的吸附量增加缓慢。在初始浓度大于280mg/l时，go和go-in对hg
2
的吸附逐渐接近平衡(吸附位点达到饱和)。另外，在相同离子浓度对比下go-in对hg
2
的吸附量要大于go，表明go-in比go的吸附性能更好，这可能是因为go-in复合材料具有较大的比表面积，且表面含有更多负电性含氧基团，与hg
2
间的作用力更强。
[0178]
5、吸附动力学研究
[0179]
具体步骤参见cu
2
的相应步骤，获得吸附时间对吸附动力学的影响图，具体参见图24。
[0180]
由图24可知，在控制温度为298.15k，10mg的go、go-in的实验范围内， 25ml 50mg/l的hg
2
溶液，吸附量随着时间的增加而增加，初始阶段吸附进行得十分迅速，hg
2
溶液在120min后出现吸附平衡点，这是由于go和go-in表面吸附位点数量有限，平衡后go和go-in的吸附量分别为95.8795mg
·
g-1
、 160.2359mg
·
g-1
。这是因为go-in的官能团数目大于go，吸附位点数目较多，使得吸附量更大。
[0181]
获得hg
2
准一级动力学模型参数，具体参见表6。
[0182]
表6准一级动力学模型参数表
[0183][0184]
将上述参数绘制成准一级动力学模型对hg
2
的吸附拟合曲线图，具体参见图 25。
[0185]
由表7及图25可知，go-in、go的线性相关度分别为0.9310、0.9726。这说明实际实验所得的平衡吸附量跟准一级动力学模型拟合得出的平衡吸附量相比不仅不拟合还相差甚远。
[0186]
获得hg
2
的准二级动力学模型参数，具体参见表7。
[0187]
表7准二级动力学模型参数表
[0188][0189]
将上述参数绘制成准二级动力学模型对hg
2
的吸附拟合曲线图，具体参见图 26。
[0190]
由表7及附图26可得，此次go-in、go的线性的相关度分别为0.9989、0.9991，即实际实验所得的平衡吸附量与准二级动力学模型拟合得出的平衡吸附量十分吻合。
[0191]
综合上述准一级、二级动力学模型模拟结果及其模型参数表，可以看到 go-in、go的准二级动力学模型的线性相关度都明显高于准一级动力学模型。可知，准二级动力学模型对动力学的拟合所呈现出来的效果要比准一级动力学模型的好。所以，本实验中go-in、go的吸附过程都符合准二级动力学模型的吸附体系，化学吸附是主要的速率控制步骤。
[0192]
获得hg
2
的颗粒内扩散模型参数，具体参见表8。
[0193]
表8颗粒内扩散模型参数表
[0194][0195]
将上述参数绘制成颗粒内扩散模型对hg
2
的吸附拟合曲线图，具体参见图 27。
[0196]
通过表8及图27可知，相比于准一级、二级动力学模型的拟合效果，go-in、go的的颗粒内扩散模型的不仅拟合相关度较低，而且拟合效果也比较差。但这 一模型可以用来预测实验过程可能发生的吸附机理，如果吸附过程为颗粒内扩 散控制，那么该拟合曲线不仅是线性的、过坐标原点还要高度相关。从图27可 以得到，此次吸附过程至少包含二到三个反应阶段。第一个反应阶段，是由属 于外表面吸附或瞬间吸附来控制速率；属于逐步吸附阶段的第二反应阶段，是 由颗粒内扩散来控制速率；属于最终吸附平衡阶段的第三个反应阶段，是由化 学反应来控制速率。由图27中的拟合关系的复杂性证明了，在这个吸附过程中， 颗粒内扩散不是体系的的唯一机理，应该是由多个反应阶段共同控制速率。
[0197]
6、吸附等温线研究
[0198]
具体步骤参见cu
2
的相应步骤，获得langmuir吸附等温模型参数，具体参见表9。
[0199]
表9 langmuir吸附等温模型参数表
[0200][0201]
将上述参数绘制成langmuir模型拟合吸附等温线图，具体参见图28。
[0202]
获得freundlich吸附等温模型参数，具体参见表10。
[0203]
表10 freundlich吸附等温模型参数表
[0204][0205]
将上述参数绘制成freundlich模型拟合吸附等温线，具体参见图29。
[0206]
由表9、10及图28、29可得，go-in、go的langmuir吸附等温模型的相关系数分别为0.9990、0.9995，而freundlich吸附等温模型的相关系数为0.9599、0.9642，通过这两种模型对比可以得到go-in、go对hg
2
吸附行为都是单分子吸附。
[0207]
综上所述，实验采用共沉淀和煅烧膨胀法制备了go-in，然后对go-in进行表征，同时用无水硫酸铜和氯化汞溶液模拟工业废水，通过吸附测试实验来探究go、go-in对工业废水的吸附效果，得到如下实验结果：
[0208]
(1)实验由含锌离子液体插层氧化石墨烯，制备的剥离型超薄氧化石墨烯复合物是黑色粉末固体，其大量的含氧官能团可以用来吸附处理工业废水；通过sem、ft-ir和xrd的表征，可以得出zn(am)cl2是以插层的方式进入到go的层间。
[0209]
(2)通过对cu
2
的吸附实验实验所制备的go-in对cu
2
的吸附效果比go更优异，cu
2
的移除率会随着go-in用量、吸附时间、溶液初始的ph值的增加而增大。其间，当吸附剂为40mg，吸附时间1440min，ph＝5.0，对25ml 50mg/l cu
2
的移除率可达到97.5％。
[0210]
(3)通过对hg
2
的吸附实验，可以得到实验所制备的go-in比go具有更优异的吸附性能，hg
2
的移除率会随着go-in用量、吸附时间、溶液初始的ph值的增加而增大。其间，当吸附剂为50mg，吸附时间1440min，ph＝6，对25ml 50 mg/l hg
2
的移除率为99.2％。
[0211]
(4)在此次吸附动力学的研究表明，go、go-in对cu
2
、hg
2
的吸附过程都符合准二级动力学模型的吸附体系，其吸附速率由物理吸附和化学吸附共同控制，主要是由化学吸附控制。
[0212]
(5)吸附热力学的研究结果表明，go、go-in对cu
2
、hg
2
的吸附过程都符合langmuir吸附等温模型但与freundlich吸附等温模型有较大偏差，结果表明 go-in对cu
2
、hg
2
的吸附过程都十分高效。
[0213]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。