偶氮染料通過還原裂解釋放危險的芳香胺，其去除是廢水處理領域的一個關鍵環境問題。為了實現有效的處理，納米復合水凝膠由于其增強的吸附能力和機械強度，可以設計為聚合物吸附劑。在本研究中，在制備的氧化石墨烯(GO)納米片的存在下，合成了新型的聚（丙烯酰胺-衣康酸）/GO-聚乙烯亞胺(P(AAm-IA)/GO-PEI)雙網絡納米復合水凝膠吸附劑，用于偶氮染料的有效吸附；陽離子結晶紫(CV)和陰離子剛果紅23(DR23)。為了確定GO用量對從水介質中去除偶氮染料的影響，，通過改進的Hummers方法成功制備了含有大量含氧官能團，厚度為1.16 nm，層間距離為0.88 nm的二維氧化石墨烯(GO)。在聚合物網絡結構中加入0.2 wt%的氧化石墨烯時，CV的吸附量從390.6 mg g
-1增加到774.46 mg g
-1。此外，結果表明PEI的存在使納米復合水凝膠對陰離子DR 23的吸附非常敏感，吸附量為349.29 mg g
-1。研究發現吸附容量隨著GO用量、染料初始濃度和接觸時間的增加而增加，但隨著吸附劑用量的增加而降低。吸附過程采用準二級動力學描述，平衡數據符合CV的Langmuir等溫線模型和DR 23吸附的Freundlich等溫線模型。通過吸附-解吸實驗研究了納米復合水凝膠的可重用性能，5次循環后對CV和DR23的去除率分別為99–84%和75–61%。
圖1. 氧化石墨烯的SEM圖像。
圖2. 氧化石墨烯的(a)XRD光譜、(b)FTIR光譜、(c)UV光譜、(d) C1s XPS光譜、(e) O1s XPS光譜和TGA熱譜圖。
圖3. 純P(AAm-IA)和GO摻雜納米復合水凝膠的(a)FTIR譜圖和(b)壓縮應力-應變曲線 (插圖為純水凝膠的應力-應變曲線)。
圖4. (a, b)接觸時間、(c)GO含量和(d)pH值對P(AAm-co-IA)/GO-PEI納米復合水凝膠的吸附容量對CV和DR23的影響。
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圖5. (a, b)吸附劑用量對GO-2吸附容量的影響以及(c, d)染料初始濃度對GO-0, GO-1, GO-2和GO-3吸附容量的影響對納米復合水凝膠對CV和DR23的影響。
圖6. GO-2納米復合水凝膠的重復使用性。
相關研究成果由土耳其亞洛瓦大學高分子材料工程系Yasemin Tamer等人于2021年發表在Journal of Polymers and the Environment (https://doi.org/10.1007/s10924-021-02162-x)上。原文：High Adsorption Performance of Graphene Oxide Doped Double Network Hydrogels for Removal of Azo Dyes from Water and Their Kinetics。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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