氧化石墨烯-细菌纤维素复合材料高效吸附水溶液中罗丹明B的研究

为解决工业废水中水溶性有机染料罗丹明B（RhB）的环境污染问题，研究人员通过改性Hummers法合成氧化石墨烯（GO），并采用ex-situ修饰法制备细菌纤维素（BC）/GO复合材料。实验表明，含50 mg GO的复合材料在pH=3条件下对RhB的去除效率达99.50%，吸附容量为0.221 mg/g，显著优于纯BC（42.04%）。该研究为开发低成本、可持续的高效吸附剂提供了新策略，对工业废水处理具有重要意义。

　　

工业废水中的合成染料污染是当前环境治理的重大挑战，其中罗丹明B（RhB）因其高水溶性和化学稳定性成为典型污染物。传统处理方法如电化学降解、膜分离等存在效率低、成本高、副产物毒性等问题。吸附法虽具潜力，但开发兼具高效性、可持续性和经济性的吸附材料仍是难点。细菌纤维素（BC）作为生物基材料虽环保，但吸附能力有限；氧化石墨烯（GO）因其大比表面积和丰富官能团可提升性能，但传统GO合成依赖高纯度石墨，成本高昂。

为解决上述问题，苏门答腊大学的研究团队创新性地以印尼Sawahlunto煤炭为原料，通过改良Hummers法合成GO，再与BC复合制备BC/GO吸附剂。研究通过系统表征和吸附实验，证实该材料对RhB的卓越去除能力，成果发表于《Water Science and Engineering》。

关键技术包括：1）以煤炭为前驱体合成GO；2）ex-situ法制备BC/GO复合材料；3）采用FTIR、XRD、SEM、XPS等技术表征材料性质；4）通过批次吸附实验评估RhB去除效率，并分析pH和GO含量的影响；5）利用Langmuir等温线模型解析吸附机制。

3.1 理化性质分析

• 官能团分析：FTIR显示GO成功引入羧基（C=O, 1 726 cm^?1）和环氧基（C-O-C, 1 031 cm^?1），BC/GO中氢键作用改变纤维素结构。
• 结构分析：XRD证实GO特征峰从石墨的26.46°移至10.83°，BC/GO复合后部分GO被还原。
• 形貌分析：SEM显示BC/GO形成三维网络结构，GO均匀分散于纤维素纤维间。

3.2 批次吸附研究

• GO含量影响：含50 mg GO的复合材料吸附效率达98.91%（0.219 mg/g），过量GO（75 mg）会因位点饱和导致性能下降。
• pH影响：酸性条件（pH=3）下，RhB质子化增强与GO负电荷基团的静电作用，吸附效率提升至99.50%。

3.3 吸附等温线
Langmuir模型（R²=0.934）表明吸附为单分子层机制，最大吸附容量（q_m）为0.275 mg/g。

3.4 与文献对比
尽管BC/GO的吸附容量低于香蕉皮（3.88 mg/g）等天然吸附剂，但其机械强度和可修饰性更优，且原料成本更低。

该研究创新性地将煤炭衍生GO与BC结合，解决了传统吸附剂的局限性。BC/GO的高效吸附性能源于GO的官能团（如-COOH）与RhB的静电作用及π-π堆积效应，酸性条件下质子化进一步强化吸附。材料的热稳定性（TGA显示残炭率50.69%）和环保特性为其工业应用奠定基础。未来可通过官能团修饰或孔隙调控进一步提升性能，推动其在复杂废水体系中的实际应用。