南京农业大学学报  2015, Vol. 38 Issue (3): 504-510   PDF    
http://dx.doi.org/10.7685/j.issn.1000-2030.2015.03.023
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施瑛, 钟来进, 刘伟, 卢爱民, 蒋红梅. 2015.
SHI Ying, ZHONG Laijin, LIU Wei, LU Aimin, JIANG Hongmei. 2015.
铅离子印迹磁性材料的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附去除研究
The preparation of Pb-imprinted magnetic polymer and its application for the removal of Pb(Ⅱ)
南京农业大学学报, 38(3): 504-510
Journal of Nanjing Agricultural University, 38(3): 504-510.
http://dx.doi.org/10.7685/j.issn.1000-2030.2015.03.023

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收稿日期：2014-08-12
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施瑛, 钟来进, 刘伟, 卢爱民, 蒋红梅. 2015. 铅离子印迹磁性材料的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附去除研究[J]. 南京农业大学学报, 38(3): 504-510.
SHI Ying, ZHONG Laijin, LIU Wei, LU Aimin, JIANG Hongmei. The preparation of Pb-imprinted magnetic polymer and its application for the removal of Pb(Ⅱ)[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 38(3): 504-510.  DOI: 10.7685/j.issn.1000-2030.2015.03.023
铅离子印迹磁性材料的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附去除研究
施瑛, 钟来进, 刘伟, 卢爱民, 蒋红梅     
南京农业大学理学院, 江苏 南京 210095
收稿日期：2014-08-12
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目(KYZ201220);江苏省青年基金项目(BK20140677)
作者简介：施瑛,硕士研究生。
通迅作者：蒋红梅,副教授,主要从事样品前处理和环境污染物研究,E-mail:jianghongmei@njau.edu.cn。
摘要：[目的] 制备铅离子印迹和非印迹磁性材料,研究两种材料对Pb(Ⅱ)的吸附去除行为,考察两种材料对Pb(Ⅱ)的吸附选择性,探索其脱附和循环利用性。[方法] 采用透射电镜、红外光谱、X射线衍射光谱和能量色散谱等方法对两种材料的形貌和结构进行表征;采用静态吸附法,以原子吸收为检测手段,探讨了pH值、反应时间及Pb(Ⅱ)初始浓度等因素对Pb(Ⅱ)吸附能力的影响;采用Langmuir等温吸附模型和Ho准二级动力学方程对其进行热力学和动力学模拟研究;以Cd(Ⅱ)为竞争离子,研究两种材料对Pb(Ⅱ)吸附选择性;以硝酸为脱附试剂,考察其脱附和循环利用性。[结果] 1)与Fe3O4 10 nm的粒径相比,铅离子印迹磁性材料粒径增至80~90 nm;两种材料红外光谱图中557 cm-1处出现强吸收峰,证实Fe—O键存在,2 940 cm-1和1 084 cm-1处的吸收峰证实C—H和Si—O键存在;X射线衍射光谱图显示,它们都具有Fe3O4晶型及SiO2壳层;能量色散谱结果显示,它们主要构成元素为C、O、Si、S和Fe,说明Fe3O4磁核已被SiO2包覆,且巯基已成功键合至两种材料的表面。2)在低酸度时Pb(Ⅱ)基本不被两种材料吸附;当pH值从3增至7时,吸附率不断增大并达到最大,且非印迹材料对Pb(Ⅱ)的吸附率低于印迹材料对Pb(Ⅱ)的吸附率。3)铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)的吸附量随时间的增加而升高,最后达到平衡吸附。4)随着溶液中Pb(Ⅱ)初始浓度的增加,铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)的吸附量先是急剧上升,然后达到饱和吸附。5)铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)的吸附动力学和热力学分别符合准二级吸附模型和Langmuir等温吸附模型。6)铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)选择吸附系数K为29.75,对Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)的相对选择系数是非印迹磁性材料的5.86倍,说明该材料对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附选择性。7)研究了HNO3对保留在铅印迹磁性材料上Pb(Ⅱ)的脱附影响,结果显示0.5 mol·L-1 HNO3可定量脱附Pb(Ⅱ),且材料可重复使用5次而脱附率无变化。[结论] 在pH 7、反应时间为60 min及Pb(Ⅱ)初始质量浓度为10 mg·L-1时铅印迹磁性材料对Pb(Ⅱ)的最大吸附容量可达38 mg·g-1,可有效去除水中Pb(Ⅱ);该材料对Pb(Ⅱ)具有一定的选择性且具有很好的再生性。
关键词： 离子印迹     磁性材料     铅     吸附    
The preparation of Pb-imprinted magnetic polymer and its application for the removal of Pb(Ⅱ)
SHI Ying, ZHONG Laijin, LIU Wei, LU Aimin, JIANG Hongmei     
College of Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract: [Objectives] The purpose of this work is to prepare Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer and non Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer, to investigate the removal of Pb(Ⅱ)using the above two materials as absorbents, to study the adsorption selectivity of two materials and to evaluate the desorption and regeneration of Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer. [Methods] The two materials are characterized by transmission electron microscope, infrared spectrum, X-ray diffraction spectrum and energy dispersive spectrum. The effects of pH ranging from 2-7, reaction time varying from 5 to 90 min and the initial concentration of Pb(Ⅱ)in the range of 1-20 mg·L-1 on the adsorption rate of Pb(Ⅱ)using static adsorption method are examined in detail in this study. The Pb(Ⅱ)concentrations are determined using flame atomic absorption spectrometry. The Langmuir isotherm model is used to for the isotherms study and Ho pseudo-second order kinetic equation is used to study the sorption kinetics. The adsorption selectivity of two materials for Pb(Ⅱ)is investigated using Cd(Ⅱ)as competitive ion and the desorption and regeneration of Pb(Ⅱ)from Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer are evaluated also. [Results] 1)Compared with Fe3O4 having a diameter of 10 nm, the diameter of Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer is increased up to 80-90 nm;the peak at 557 cm-1observed in both infrared spectrums of the two materials is related to Fe-O and the peak at 2 940 cm-1and 1 084 cm-1 is ascribed to C-H and Si-O;the X-ray diffraction spectrum results show that both materials have Fe3O4 crystal and the shell of SiO2 and the energy dispersive spectrum results demonstrate that the main composites of both materials are C, O, Si, S and Fe, which indicates that Fe3O4 has been successfully coated with SiO2 and thiol. 2)The adsorption rates of Pb(Ⅱ)on both materials are enhanced with the increase of pH value from 2 to 7 and then remain constant. The adsorption rate of Pb(Ⅱ)on Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer is higher than that on non-Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer. 3)The adsorption capacity of Pb(Ⅱ)on Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer increases with the increasing of reaction time and then obtains equilibrium adsorption. 4)The adsorption capacity of Pb(Ⅱ)on Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer improves rapidly with the increasing of initial Pb(Ⅱ)concentration and then keeps unchanged. 5)The dynamical and the equilibrium isotherm adsorption studies of Pb(Ⅱ)on Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer follows Ho pseudo-second-order rate and the Langmuir isotherm equation. 6)The selectivity coefficient of Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer for Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)is 29.75 and the relative selectivity coefficient of Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer for Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)is 5.86 times as large as that of non-Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer. 7)The effect of HNO3 on the desorption rate of Pb(Ⅱ)from Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer is studied and the result shows that 0.5 mol·L-1 HNO3 can quantificationally desorb Pb(Ⅱ)from it and it can be reused 5 times without any decrease of desorption rate. [Conclusions] The maximum adsorption capacity of Pb(Ⅱ)on Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer can be 38 mg·g-1 when pH value is 7, reaction time is 60 min and the initial concentration of Pb(Ⅱ)is 10 mg·L-1. Moreover, Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer has very good adsorption selectivity and regeneration, which displays that it is an excellent adsorption material.
Keywords: ion imprinted material     magnetic materials     Pb(Ⅱ)     adsorption    

人体中蓄积过量Pb会造成铅中毒,其症状为贫血、中毒性肝病、剧烈腹绞痛、中毒性肾病和多发性周围神经病等。因此,Pb是中国环境优先控制污染物。探索从环境中去除Pb的方法具有一定的实际意义。

目前,常规的除铅方法主要包括:离子交换[1]、化学沉淀[2]、膜分离[3]及吸附[4]。其中,离子交换法具有选择性较差的局限性,应用领域受到较大限制;沉淀法若其形成的沉淀颗粒过于细小则易造成沉降速度慢,且过多使用沉淀剂易造成二次污染,故在实际中该法并未获得广泛应用;膜分离法对膜要求较高,因此难以获得大浓缩比。而吸附法具有处理对象广泛、反应动力学速度快、效果好及价格低廉等优势。传统的吸附材料有矿渣[5]、巯基纤维[6]、泥煤[7]和硅藻土[8]等。近年来人们逐渐开发并拓展出新的吸附材料,例如:碳纳米管[9]、氨基和巯基官能团化的SiO[10]2、离子印迹聚合物[11]和磁性纳米材料[12]。其中,磁性纳米材料因其具有大比表面积、高吸附容量以及分离便捷的优势[13],在重金属离子吸附去除研究中引起了广泛关注。另一方面,采用印迹技术制备得到的印迹聚合物相较传统材料对目标分离物具有较高的选择性和识别性[14],同时具有抗恶劣环境能力强,应用面广等优点[15]。将具有优异磁性能的Fe3O4与分子特异性识别的印迹技术相结合,制备出磁性离子印迹聚合物,它兼备了磁性纳米粒子和离子印迹聚合物的共同优点,在重金属离子吸附去除研究中具有较好的应用前景。

本文利用离子印记技术制备出Pb(Ⅱ)印迹磁性材料[Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer,Pb-IMP],对材料进行了表征,考察了pH值、反应时间和初始浓度对Pb-IMP吸附Pb(Ⅱ)的影响,在与非印迹磁性材料(non-imprinted magnetic polymer,NIMP)的对比下研究了Pb-IMP的吸附选择性,最后对其脱附和循环利用性进行了探索。 1 材料与方法 1.1 仪器装置及主要工作条件

FE20型pH计(梅特勒-托利多,上海);KQ500B型数控超声波清洗器(舒美,昆山);TP-214型精密分析天平(赛多利斯,苏州);DHG-9030A电热恒温鼓风干燥箱(精宏,上海);AWL-1001-U超纯水系统(艾科浦,重庆);TENSOR27型傅里叶变换红外光谱仪(布鲁克,德国);JEM-200CX型高分辨透射显微镜(电子株式会,日本);X′TRA型X射线衍射仪(ARL,瑞士);Z-2000型原子吸收光谱仪(日立,日本)。 1.2 试剂和标准溶液

1.000 g · L-1 Pb标准储备液购自中国计量科学研究院;系列标准溶液均由1.000 g · L-1的储备液逐级稀释而成;(3-巯基丙基)三甲氧基硅(MPTMS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、正硅酸四乙酯(TEOS)、FeCl3 · 6H2O、FeCl2 · 4H2O和乙醇均购自国药集团;钕铁硼磁铁购自南京华龙商城。所有试剂均为分析纯或优级纯;待用的玻璃容器都在10%(体积分数)硝酸溶液中浸泡24 h;试验用水为二次去离子水。 1.3 材料的制备 1.3.1 硅烷化磁纳米Fe3O4(Fe3O4@SiO2)的制备

将0.04 mmol FeCl3 · 6H2O和0.02 mmol FeCl2 · 4H2O置于三口烧瓶中,加入去离子水200 mL,机械搅拌至固体全部溶解。加热至85 ℃,加入20 mL 25%~28% NH3 · H2O。降至室温,在磁力的辅助下用乙醇和去离子水洗6次,60 ℃下干燥6 h得Fe3O4粉末。称取1.2 g Fe3O4,加入600 mL乙醇和45 mL去离子水,超声分散15 min。机械搅拌下加入19 mL 25%~28% NH3 · H2O及4 mL TEOS,室温搅拌14 h。磁分离出产物后,用乙醇和去离子水超声洗涤各3次,60 ℃干燥后得到SiO2包覆的Fe3O4粉末。 1.3.2 铅离子印迹磁性材料(Pb-IMP)的制备

称取Pb(NO3)2 0.331 2 g置于20 mL去离子水、10 mL乙醇和2 mL MPTMS的混合液中。室温机械搅拌50 min,加入CTAB 0.6 g,搅拌10 min。加入Fe3O4@SiO2 2.0 g,搅拌10 min。加入25%~28% NH3 · H2O 5 mL,室温搅拌12 h。将反应物混合液倒入烧杯,60 ℃下烘干。155 ℃油浴下乙醇抽提反应产物中的CATB 24 h,乙醇和去离子水超声洗涤各3次,用0.1 mol · L-1 HCl洗涤至残液无Pb(Ⅱ)。60 ℃下烘干备用。NIMP不加入模板离子,其余操作与Pb-IMP相同。 1.4 吸附试验

室温配制一定pH值、一定浓度的铅离子溶液。称取5 mg的Pb-IMP,所有样品均平行2份,置于25 mL烧杯中,每个烧杯加入配制好的金属离子溶液10 mL,超声振荡一定时间,然后在磁场的作用下将Pb-IMP从溶液中分离。上清液采用火焰原子吸收(flame atomic absorption spectrometry,FAAS)测定残液金属离子浓度。吸附率(A)和吸附量(Q)的计算公式如下:

式中:ρo为初始金属离子质量浓度(mg · L-1);ρe为吸附后残液中金属离子质量浓度(mg·L-1);V代表溶液的体积(mL);W代表吸附材料的质量(mg)。 1.5 吸附选择性试验

为了证明Pb-IMP的印迹效果,本文研究了Pb-IMP和NIMP对Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)混合溶液选择性的吸附:配制pH 7、浓度均为0.04 mmol · L-1 Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)混合溶液,取10 mL置于25 mL烧杯中,然后分别称取10 mg Pb-IMP和NIMP于不同的烧杯中,每个样品平行2份;超声振荡一定的时间后磁分离,用FAAS测定残液中金属离子浓度。每一种离子的分布系数(Kd)通过式(3)计算:

式中:Co和Ce分别代表金属离子的初始浓度和平衡浓度(mmol · L-1)。在有竞争离子存在的条件下,吸附材料对模板离子的选择吸附系数(K)可由式(4)得到:

式中:Mn+代表模板离子;Xn+代表竞争金属离子。K值越大,表明材料的印迹效果越好。相对选择吸附系数(K′)可以通过如下公式定义:

式中:Kimprinted和Kcontrol分别代表Pb-IMP和NIMP选择吸附系数,K′代表Pb-IMP和NIMP中的吸附亲和识别位点对Pb(Ⅱ)的识别差异性,K′越大,印迹效果越好[16]。 1.6 脱附和循环试验

参照上述吸附试验方法进行Pb(Ⅱ)吸附试验,弃去上清液,加入同体积的0.5 mol · L-1 HNO3,超声振荡10 min,磁分离,脱附溶液用FAAS测定Pb(Ⅱ)浓度。吸附材料水洗后再进行吸附—脱附的循环试验。脱附率(desorption rate,D)的计算公式为:

式中:ρL为脱附溶液金属离子质量浓度(mg · L-1)。 2 结果与讨论 2.1 材料的表征 2.1.1 透射电镜分析

为了获得各种磁纳米粒子粒径和形貌信息,对Fe3O4、Fe3O4@SiO2和Pb-IMP进行透射电镜分析(transmission electron microscope,TEM),结果如图 1所示:Fe3O4粒子基本呈球形,粒径在10 nm左右(图 1-A);而Fe3O4@SiO2粒径显著增大至70 nm左右,并且可以清楚地看到磁性纳米粒子被二氧化硅完全包覆(图 1-B);包覆印迹层之后,Pb-IMP粒子的平均直径比包覆二氧化硅的磁纳米粒子稍有增加,大约80~90 nm(图 1-C),表明包覆过程没有显著导致粒子大小的变化,这主要是由于印迹反应仅仅发生在粒子的表面。

图 1 Fe3O4(A)、Fe3O4@SiO2(B)以及Pb-IMP(C)的透射电镜图谱 Fig. 1 TEM images of Fe3O4(A),Fe3O4@SiO2(B)and Pb-IMP(C)
Pb-IMP:Pb(Ⅱ)-imprinted magnetic polymer
图选项
2.1.2 红外光谱分析

红外光谱(infrared spectrometer,IR)作为分析材料的一种表征手段,有助于分析材料的结构和官能团。从图 2可以看出:3种材料都于557 cm-1处出现强吸收峰,验证了Fe—O键的存在[17];而Pb-IMP和NIMP于2 940和1 084 cm-1处的吸收峰分别对应于C—H和Si—O的振动吸收谱带;在Pb-IMP和NIMP的红外谱图中未发现巯基的特征峰,可能是因为巯基含量较低。表明:Pb-IMP和NIMP的Fe3O4核都已经被SiO2包覆。

图 2 Fe3O4(A)、Pb-IMP(B)和NIMP(C)的红外光谱图 Fig. 2 Infrared spectrometer of Fe3O4(A),Pb-IMP(B) and NIMP(C)
NIMP:Non-imprinted magnetic polymer
图选项
2.1.3 X射线衍射分析

从图 3可以看出:Fe3O4、Pb-IMP和NIMP的X射线衍射谱图(X-ray diffractometer,XRD)均出现了6个典型的2θ衍射角,分别位于30.1°、35.5°、43.1°、53.4°、57.0°和62.6°,与标准Fe3O4晶体完全一致。此外,Pb-IMP和NIMP在21°有1个宽的衍射峰,这表明SiO2壳层是以无定形状态存在的[18]。

图 3 Fe3O4、Pb-IMP和NIMP的X射线衍射图谱 Fig. 3 X-ray diffractometer pattern of Fe3O4,Pb-IMP and NIMP
图选项
2.1.4 能量色散谱分析

从图 4可以看出:Pb-IMP和NIMP表面成分构成相同且各元素含量比例相近,主要构成元素有C、O、Si、S和Fe,说明MPTMS比较充分地键合在了磁性材料的表面。综观上述几种表征结果,可以得知Pb-IMP为粒径80~90 nm的球形晶型结构,且硅胶层和印迹层已比较充分地键合至磁材料的表面。

图 4 Pb-IMP(A)和NIMP(B)的能量色散谱分析结果 Fig. 4 Energy dispersive spectrometry results of Pb-IMP(A)and NIMP(B)
图选项
2.2 吸附试验 2.2.1 pH值对Pb-IMP和NIMP吸附Pb(Ⅱ)的影响

由于pH值影响金属离子形态和吸附剂表面酸碱基团的解离状态,所以pH值是影响吸附最关键的因素之一,因此试验过程中需要考察不同pH值对Pb-IMP和NIMP吸附Pb(Ⅱ)的影响。由图 5可知:随着pH值的升高,二者对Pb(Ⅱ)吸附率也在升高;然而当pH值达到7时,只有Pb-IMP对Pb(Ⅱ)的吸附率达到100%,NIMP对Pb(Ⅱ)的吸附率只有80%左右。本研究没有考察pH 7以上的介质环境对两种材料吸附Pb(Ⅱ)的影响,因为碱性环境容易导致Pb(Ⅱ)沉淀。pH值对两种材料吸附Pb(Ⅱ)的影响趋势可以解释为:在低pH值时,材料表面的官能团质子化并带正电,易通过静电引力吸引Pb(Ⅱ);随着pH值的上升,二者表面的巯基由于去质子化作用容易与Pb(Ⅱ)形成配合物,导致它们对Pb(Ⅱ)的吸附率上升。此外在中性情况下Pb-IMP比NIMP对Pb(Ⅱ)有更高的吸附率,说明印迹材料具有更多的结合位点,吸附性能更好,因此后续的试验只研究Pb-IMP对Pb(Ⅱ)的吸附脱附情况,且pH值定为7。

图 5 pH值对Pb-IMP和NIMP吸附Pb(Ⅱ)的影响 Fig. 5 The effect of pH value on the adsorption rate of Pb(Ⅱ)on Pb-IMP and NIMP
ρ(Pb2+)=10 mg · L-1;Reaction time:10 min;m(Pb-IMP)=10 mg;m(NIMP)=10 mg
图选项
2.2.2 反应时间对Pb-IMP吸附Pb(Ⅱ)的影响

样品的反应时间是影响Pb-IMP吸附Pb(Ⅱ)的又一重要参数,本试验考察了5~90 min的反应时间对Pb-IMP吸附Pb(Ⅱ)的影响。结果表明:Pb-IMP对Pb(Ⅱ)的吸附量随时间的延长而增加,当样品的反应时间达到60 min后,吸附达到平衡,所以在后续的试验中选择反应时间60 min。 2.2.3 Pb(Ⅱ)初始浓度对Pb-IMP吸附Pb(Ⅱ)的影响

随着溶液中Pb(Ⅱ)初始质量浓度(1~20 mg · L-1)的增加,Pb-IMP对Pb(Ⅱ)的吸附量先是急剧上升,然后保持不变,这是因为随着Pb(Ⅱ)质量浓度的增加,溶液中Pb(Ⅱ)不断聚集在吸附剂表面,利于吸附剂对Pb(Ⅱ)的有效吸附,导致吸附剂对Pb(Ⅱ)吸附量不断提高;当Pb(Ⅱ)质量浓度增加到10 mg · L-1时,由于体系中的吸附剂用量有限,达到饱和吸附后,Pb-IMP对Pb(Ⅱ)的吸附量就保持平衡不再增加,其平衡吸附量可达38 mg · g-1。 2.2.4 吸附热力学

吸附热力学描述的是一定温度下平衡吸附量与平衡浓度之间的关系,一般用Langmuir等温吸附模型进行拟合。Langmuir等温吸附模型如下:

式中:qe代表吸附平衡时保留在Pb-IMP上的Pb(Ⅱ)量(mg · g-1);ρe代表吸附平衡时溶液中Pb(Ⅱ)的质量浓度(mg · L-1);qm代表Pb-IMP材料的最大吸附容量(mg · g-1);KL代表吸附平衡常数(L · g-1)。利用Langmuir等温吸附模型拟合得到的KL、qm以及相关系数见表 1。表 2为不同类型吸附剂吸附Pb(Ⅱ)的最大吸附容量,可以看出本研究所制备的材料具有吸附容量较大的特点。 2.2.5 吸附动力学

金属离子在吸附剂上的动力学行为常用Ho准二级动力学方程进行模拟,其动力学方程如下:

式中:Qt为时间t时刻的吸附容量(mg · g-1);k2为准二级速率常数;Q2为平衡吸附量(mg · g-1)。利用Ho准二级动力学方程拟合得到的k2、Q2以及相关系数见表 1。
表 1 Pb-IMP对Pb(Ⅱ)吸附的Langmuir等温吸附模型和Ho准二级动力学方程参数 Table 1 Langmuir equation and Ho pseudo-second order kinetic equation parameters for the adsorption of Pb(Ⅱ)on Pb-IMP
Langmuir方程Langmuir equationHo准二级动力学方程Ho pseudo-second order kinetic equation
最大吸附容量/(mg·g-1)qm吸附平衡常数/(L·g-1)KL相关系数R2平衡吸附量/(mg·g-1)Q2速率常数k2相关系数R2
36.60.922 40.99450.0010.99
表选项
表 2 不同吸附剂对Pb(Ⅱ)的最大吸附容量比较 Table 2 Comparison of adsorption capacity of Pb(Ⅱ)on different absorbents
吸附剂Absorbents吸附容量/(mg·g-1)Absorption capacity参考文献Reference
氨基改性磁纳米四氧化三铁MNPs-NH239.512
氨基改性磁纳米四氧化三铁Amino-functionalized Fe3O4/SiO217.6519
杏核制备的活性炭Activated carbon developed from apricot stone21.3820
香蕉皮Peels of banana2.1821
铅离子印迹磁性材料Pb-IMP38This work
表选项
2.3 吸附选择性试验

为了说明Pb(Ⅱ)的印迹效果,有必要与NIMP相对比进行Pb-IMP吸附选择性试验。由表 3可以看出:在Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)混合离子溶液的吸附中,Pb-IMP的Kd(Pb)是干扰离子Kd(Cd)的29.75倍,和NIMP相比,Pb-IMP的Kd(Pb)明显大于NIMP的Kd(Pb),Pb-IMP对Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)的相对选择系数是NIMP的5.86倍。由此可见,Pb-IMP对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附选择性。

表 3 Pb-IMP和NIMP对Pb(Ⅱ)吸附选择性参数 Table 3 Selectivity parameters of Pb-IMP and NIMP for Pb(Ⅱ)
混合离子对Mn+吸附剂Sorbents铅离子分布系数Kd(Pb)镉离子分布系数Kd(Cd)选择吸附系数K相对选择吸附系数K′
Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)Pb-IMPNIMP6 3971 54421530429.755.085.86
表选项
2.4 脱附和循环试验

吸附材料能否循环使用是评价材料吸附性能的一个重要指标,因此本研究考察了Pb-IMP的脱附和循环使用性能。笔者在研究pH值对Pb-IMP吸附Pb(Ⅱ)的影响时发现,在低pH值时,材料对Pb(Ⅱ)无保留行为,据此笔者研究了硝酸对Pb(Ⅱ)的脱附情况,结果发现0.5 mol · L-1 HNO3可定量脱附(D>90%)保留在材料上的Pb(Ⅱ),并且同一材料可循环使用5次而不引起脱附率的降低,因此Pb-IMP具有一定的重复利用性。 3 结论

本文利用离子印记技术和磁纳米技术制备了Pb-IMP,并采用TEM、IR、XRD及EDS对该材料进行了表征。随后考察了pH值、反应时间和初始Pb(Ⅱ)浓度对Pb-IMP吸附Pb(Ⅱ)的影响,结果表明,在pH 7、反应时间60 min以及Pb(Ⅱ)初始质量浓度为10 mg · L-1时,Pb-IMP对Pb(Ⅱ)的最大吸附容量可达38 mg · g-1;同时还从动力学和热力学两方面探讨了Pb-IMP对Pb(Ⅱ)的吸附性能,它们分别符合Ho准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型;并研究了Pb-IMP对Pb(Ⅱ)吸附选择性,发现其对Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)选择吸附系数K为29.75,对Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)的相对选择系数是NIMP的5.86倍,说明Pb-IMP对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附选择性;最后探索了HNO3对保留在Pb-IMP上的Pb(Ⅱ)脱附影响,结果显示0.5 mol · L-1 HNO3可定量脱附Pb(Ⅱ),且Pb-IMP重复使用5次后脱附率无变化,说明该材料具有很好的再生性。

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