基于氧化石墨烯的超支化聚合物用于去除水中的污染物

摘要：有毒重金属对水体污染的影响是废水治理中一个重要的研究领域。近二十年来，由于工业发展和废水中重金属含量增加，该问题受到了广泛关注。这些重金属的主要缺点是不可生物降解，毒性大，且通过自然资源和工业废水被大量释放与积累。另外，这些有害重金属通常存在于水体系中。因此，

有毒重金属对水体污染的影响是废水治理中一个重要的研究领域。近二十年来，由于工业发展和废水中重金属含量增加，该问题受到了广泛关注。这些重金属的主要缺点是不可生物降解，毒性大，且通过自然资源和工业废水被大量释放与积累。另外，这些有害重金属通常存在于水体系中。因此，必须在废水排放前将它们清除或尽量减少，然后再排放到水体系中以保护环境和生物的健康。

氧化石墨烯（GO）材料作为吸附剂，其去除重金属离子的有效性得到了证明。由于GO材料具有优异的性能和广泛的应用，最近许多研究都将其用于废水处理。GO是碳家族的重要成员，它是单层碳原子以六边形晶格排列的石墨片，因其抗拉强度高和重量轻而成为最有效的材料。与石墨烯相比，由于具有不同的官能团，GO用其他复合材料功能化更容易且更有效。聚合物纳米复合材料可通过结合纳米颗粒和聚合物的相特性而获得理想性能。因此，最近更多的研究集中于和超支化聚合物（HBPs）交联的GO纳米颗粒，这可提高基于GO材料的吸附能力。HBPs由于其高密度的多官能团、特殊的球状形状和紧凑的结构而引起了极大关注。

伊朗Kurdistan大学的S. Mojtaba Amininasab等制备并表征了基于GO的超支化聚合物（GO-MHBP），并将其用于从水中去除重金属离子铬和汞（Cr3+和Hg2+）的批量实验。作者用3-（氨丙基）三乙氧基硅烷对GO颗粒表面进行了改性，然后加入3,5-二氨基苯甲酸和马来酸酐制备了超支化聚合物。在FE-SEM图像中可看到纳米复合材料的变化和改性。EDX分析证实HBP纳米复合材料中存在硅和氮，这表明合成的GO通过共价键与GO-APTES结合。TGA分析结果发现，经对GO-APTES和GO-HBP纳米颗粒进行改性后，由于石墨烯表面存在有机成分以及这些化合物的热分解作用，GO-MHBP的热阻降低。GOMHBP的最佳吸附性能为98.15%、吸附量为32.71mg/g、持续时间为40 min、初始浓度为40mg/L、吸附温度为25℃、pH=6、吸附剂用量为30 mg。对Cr3+、Hg2+的最大吸附量分别为32.71和29.06 mg/g。动力学研究表明，GO-MHBP纳米复合材料比其他模型更符合二级动力学模型。此外，等温线模型在纳米复合材料中的相容性表明，这些吸附剂与Langmuir模型的相容性更强。采用GO纳米颗粒制备GO-MHBP吸附剂的原因是其生物相容性好、无毒、不溶于水。GO-MHBP作为吸附剂对于从废水中吸附Cr3+、Hg2+具有潜在的应用前景。