硅锚定氧化石墨烯固定二乙烯基苯聚合物高效去除酸性黄25和酸性黑210染料的研究

推荐：本研究针对工业废水中酸性染料污染问题，创新性地通过Fischer酯化法将二氧化硅锚定于氧化石墨烯(GO)表面，并采用RAFT聚合技术固定二乙烯基苯(DVB)聚合物，构建了Si@GO-DVB复合材料。该材料对酸性黄25(AY25)和酸性黑210(AB210)的最大吸附量分别达113.896 mg g-1和227.791 mg g-1，吸附过程符合伪二级动力学模型和Freundlich等温模型。研究为工业废水处理提供了新型高效吸附剂，具有重要环境应用价值。

　　

随着工业快速发展，纺织、皮革等行业排放的含染料废水对环境造成严重威胁。酸性染料因其水溶性强、毒性大，传统处理方法效率低下。特别是酸性黄25(AY25)和酸性黑210(AB210)等染料，即使浓度低于1 ppm也会破坏水生生态系统，且具有致癌、致突变风险。目前常用的光降解、芬顿氧化等技术存在成本高、二次污染等问题，开发高效吸附材料成为研究热点。

为解决这一难题，巴基斯坦Malakand大学的Musa Khan团队在《Chinese Journal of Analytical Chemistry》发表研究，创新性地将二氧化硅(SiO₂)与氧化石墨烯(GO)复合，并通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合固定二乙烯基苯(DVB)聚合物，构建了多功能吸附材料。研究采用改良Fischer酯化法合成SiO₂@GO复合材料，通过3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)引发RAFT聚合，最终制得DVB功能化Si@GO吸附剂。

关键技术包括：1) 溶胶-凝胶法制备 monolithic silica；2) Hummer法制备GO；3) Fischer酯化反应构建Si@GO复合物；4) RAFT聚合固定DVB；5) BET/BJH分析表征孔结构；6) 批次吸附实验优化条件；7) 动力学和热力学模型拟合。

结果部分：

FTIR和FE-SEM表征

FTIR谱图显示SiO₂@GO在1380 cm^-1出现Si-O-C=O特征峰，证实酯化成功。FE-SEM显示SiO₂颗粒(2-3 μm)均匀分布在GO片层上，DVB修饰后形成蜂窝状多孔结构。

XRD分析

GO在10.89°(d=0.81 nm)和26.05°(d=0.34 nm)的特征峰证实其层状结构。复合后26.05°峰位移至26.20°，表明GO部分还原。

BET/BJH分析

材料比表面积达274.5 m²/g，孔径3-5 nm，属介孔材料。大比表面积和孔容积为染料吸附提供充足活性位点。

吸附性能

在pH 3(AY25)和pH 2(AB210)时吸附最佳，qe值分别为113.896和227.791 mg g^-1。伪二级动力学模型(R²>0.99)表明吸附以物理作用为主。Freundlich等温模型(R²=0.987)证实表面非均质性。

实际应用

处理工业废水时，对AY25和AB210的去除率分别达99.22%和99.01%。EDX证实吸附后材料中S、N元素含量显著增加，验证了染料的有效捕获。

结论与意义

该研究成功开发出DVB功能化SiO₂@GO复合材料，其多重活性位点(-OH、-COOH、苯环等)通过静电作用和氢键高效捕获染料分子。相较于传统吸附剂，该材料具有三大优势：(1) RAFT聚合增强稳定性；(2) 介孔结构提升传质效率；(3) 对复杂废水体系适应性强。研究为工业染料废水处理提供了新型解决方案，兼具学术创新性和工程应用价值。热力学分析显示吸附为自发放热过程(ΔH<0)，为后续材料设计提供了理论指导。