Page 53 - 《精细化工》2021年第4期
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第 4 期                张文博，等:  氧化石墨烯/天然高分子复合吸附材料在水处理中的应用                                   ·687·


            与 GO 上的含氧官能团形成化学键               [38] ，从而得到稳        加了 45%，达到 534.4 mg/g。为了避免交联剂对
            定的复合材料。                                            GO/CS 气凝胶性能的影响，LAI 等           [41] 在不使用交联
                 目前，学者们主要是将石墨烯与壳聚糖做成水                          剂的条件下，将 GO 与壳聚糖的混合溶液经过冷冻
            凝胶或者气凝胶两种形态用于吸附领域。QI 等                      [39]   干燥处理，得到了 GO/壳聚糖气凝胶（GOCA）。结
            报道了一种海绵状的 GO/CS 水凝胶吸附材料。研究                         果表明，在冻干步骤中，材料结构内部的冰晶升华
            发现，将壳聚糖的乙酸溶液 pH 调至 5.0 时，壳聚糖                       使 GO 和壳聚糖之间形成了多孔的互连结构，从而使
            上的—NH 2 几乎全部被质子化，然后将其加入到 GO                        得 GOCA 具有良好的吸附能力。在较宽的 pH 范围
            悬浮液中，静电作用使其与带负电荷的 GO 薄片结                           内（3~8），该材料对间胺黄染料表现出较大的去除
            合到一起，再通过冷冻干燥后得到 GO/CS 海绵状气                         率（91.5%~ 96.4%）。
            凝胶吸附材料，其对 MB 的最大吸附容量为 275.5 mg/g。                      为了便于将吸附材料从溶液中分离，研究人员
            如图 4 所示，VO 等      [18] 将制备得到的 GO/CS 水凝胶            采用溶液超声共混的方法将磁性纳米粒子 Fe 3 O 4 引
            （GCCHC）作为吸附柱中的填料，用于去除废水中                           入到复合材料中，得到了可分离的吸附材料。ZHANG
            的阳离子染料和阴离子染料。结果表明，改变复合                             等 [42] 先将铁盐共沉淀到 GO 薄片上，合成了磁性-GO
            水凝胶中 GO 与壳聚糖配比可实现复合材料对不同                           （MGO），然后用戊二醛将 MGO 与壳聚糖交联，冻
            染料的去除能力。当 GO 含量增加时，制备的                             干后得到了 CS/MGO。这 3 种材料之间存在静电作
            GCCHC 可提高对阳离子染料〔MB、罗丹明 B                           用以及形成的共价 Fe—O—C 键、氢键使 CS/MGO
            （RhB）〕的去除率；而壳聚糖含量的增加可提高                            具有良好的结构稳定性和理化性能。循环使用后，
            GCCHC 对阴离子染料〔甲基橙（MO）、刚果红（CR）〕                      CS/MGO 对 Cr(Ⅵ)仍保持较高的吸附容量。TAHER
            的去除率。图 4 中的（A）和（B）代表两种不同的                          等 [43] 用同样的方法得到了一种具有三维纳米结构的
            去除方法，其中，（A）为直接过滤法；（B）为浸泡                           磁性/壳聚糖/GO 复合材料（MCGO），其对分散蓝
            24 h 后进行过滤。图 4 中的(1)、(2)、(3)、(4)分别                 367（DB367）的吸附容量为 298.27 mg/g。GAO 等          [44]
            代表 GCCHC（GO 与 CS 质量比为 15∶1）在连续 4                   用羧甲基壳聚糖代替普通壳聚糖，得到了具有更多活性
            个吸附和洗涤周期中对溶液中 MB 的去除能力的照                           吸附位点的磁性羧甲基壳聚糖/GO复合材料（SCGO）。
            片；(5)、(10)、(15)、(20)分别代表 GO 和 CS 质量                其对 MB 和孔雀石绿的最大吸附容量分别为 358.4 和
            比分别为 5∶1、10∶1、15∶1、20∶1。                           289.1 mg/g。

                                                                   也有学者考虑将壳聚糖与表面改性的 GO 复
                                                               合，探讨其吸附性能。常用的改性剂有聚多巴胺                     [45] 、
                                                               三维多孔 β-环糊精      [46] 、4-对氨基苯硫酚     [47] 等。在众
                                                               多改性剂中，聚多巴胺（PDA）由于可以与重金属
                                                               离子通过静电相互作用、螯合作用、氢键或 π-π 堆
                                                               积相互作用实现吸附，已经得到了广泛的应用。LI
                                                               等 [48] 研究发现，PDA 改性 GO 的加入不仅使制备的
                                                               PVA/CS/PDA-GO 水凝胶微球稳定，而且显著提高了
                                                               PVA/CS/PDA-GO 水凝胶微球的吸附性能，其对
                                                               Pb(Ⅱ)的最大吸附容量为 236.2 mg/g。LIAO 等            [49]

                      图 4  GCCHC 过滤-吸附过程      [18]             报道了一种三维多孔 GO@PDA/CS 气凝胶，并将其
                Fig. 4    Filtration-adsorption process of GCCHC [18]   用于 U(Ⅵ)的去除，制备流程如图 5 所示。结果表明，
                                                               与 GO/CS 相比，GO@PDA/CS 气凝胶具有更加均匀、
                 由于 GO/CS 气凝胶相对不稳定，所以在制备过                      有序的三维多孔结构及良好的热稳定性和机械稳定
            程中通常是先利用交联剂（如戊二醛）将 GO 与壳                           性，对 U(Ⅵ)的最大吸附容量高达 415.9 mg/g。
            聚糖交联起来，然后再进行冷冻干燥。但在交联过                             SHARMA 等   [50] 在研究接枝氨丙基硅烷的 GO 交联
            程中大量的吸附活性位点氨基被利用，这降低了复                             壳聚糖吸附材料（CHI-APSGO）对水中不同金属离
            合材料的吸附能力。因此，DE LUNA 等                 [40] 考察了     子的吸附能力时发现，该材料对 Pb(Ⅱ)具有较高的
            制备顺序对气凝胶吸附性能的影响。结果表明，先                             选择性吸附能力。CHI-APSGO 对 Pb(Ⅱ)具有较高选
            冻干后交联过程可以显著提高 GO/CS 气凝胶的吸                          择性吸附的原因与 Pb(Ⅱ)的物理化学性质有关。与
            附能力，且在机械性能方面没有明显的损失。优化                             Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)等其他金属离子相比，Pb(Ⅱ)
            后的气凝胶对阴离子染料（靛胭脂）的吸附容量增                             的水化半径相对较大；此外，Pb(Ⅱ)大的相对原子
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