成果简介
氧化石墨烯纳米片（GONs）处理阴离子染色废水的特点是，由于其电负性，去除效率较低。然而，对氧化石墨烯的进一步改性和增强使其难以兼顾成本和效率。本文，西南大学郭鸣明 教授、张贻川副教授等在《Industrial Crops and Products》期刊发表名为“Highly efficient adsorption of anionic dyes on a porous graphene oxide nanosheets/chitosan composite aerogel”的论文，研究报告了一种经济、实用、环保的 GONs 和壳聚糖（CS）复合气凝胶在阴离子染料吸附中的应用。GONs 表面丰富的含氧官能团可与染料分子形成氢键。
同时，CS 分子链段上的氨基阳性活性位点可以锚定阴离子染料。从吸附结果来看，复合气凝胶通过静电吸引、氢键和π-π共轭相互作用对甲基橙（MO）和溴酚蓝（BPB）阴离子染料的吸附量分别是纯CS气凝胶的3.7倍和1.8倍。此外，在室温和中性环境下，复合气凝胶对 MO 和 BPB 的最大吸附容量分别为 179.21 和 236.42 mg g-1。因此，这种简单而经济的石墨烯气凝胶阴离子染料吸附剂可用于保护水环境。
图文导读
图1. 制备 GONsX/CS 的示意图。
图2：（a）GONsX 的傅立叶变换红外光谱；（b）GONsX 的热重曲线；（c）GONsX 的粒度分布；（d）GONsX 的平均粒度。
图3：（a）GONsX 的拉曼光谱；（b）GONsX 的 XRD 图样；（c）和（d）是 GONs20 的 XPS 勘测光谱和 C 1 s 光谱的曲线拟合。
图4. CS （a）和 GONs20/CS （b）在不同时间的接触角。(c) CS 和 GONs20/CS 的动态接触角随时间的变化。
图5. GONs20/CS 的吸附等温线拟合：Langmuir (a)、Freundlich (b)、Temkin (c)。不同染料浓度下 BPB（d）和 MO（e）溶液吸附后的颜色变化。从左到右依次为 100 mg L-1（初始）、20 mg L-1、40 mg L-1、60 mg L-1、80 mg L-1 和 100 mg L-1。(染料溶液的 pH 值：∼6.7）。
图6. GONs20/CS模拟 MO（a）和 BPB（b）废水的突破曲线。(染料溶液 pH 值：∼6.7）。
小结
本文利用薄层 GONs 和 CS 成功制备了三维石墨烯基复合气凝胶，用于去除水中的MO和BPB。吸附动力学结果表明，吸附过程以 PFO 模型吸附机理为主。根据Langmuir吸附等温线拟合，GONs20/CS 复合气凝胶对 MO 和 BPB 的最大吸附量分别为 179.21 和 236.42 mg g-1。同时，吸附等温线分析表明，GONs20/CS 复合气凝胶对染料的吸附是一个单层、均匀、放热的过程。MO和BPB在GONs20/CS复合气凝胶上的吸附机理是由染料分子与复合气凝胶之间的氢键、静电作用和π-π共轭作用驱动的。良好的循环吸附性能和可压缩性表明 GONs20/CS 复合气凝胶具有长期吸附稳定性。基于这些结果，GONs20/CS 复合气凝胶可作为一种高效、经济、环保的阴离子染料吸附剂用于废水处理。
文献：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.119146
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