水杨酸型螯合吸附材料对重金属离子的吸附性能

Q 是 ASAPGMA / SiO2 对重金属离子的吸附容量； V 是重金属离子溶液的体积； C0 是重金属离子 式中， PGMA / SiO2 的质量。 溶液的初始浓度； C t 是 t 时间重金属离子溶液的浓度； m 是 ASA-
1. 4
等温吸附线
PGMA / SiO2 放入到 25mL 浓度分别为 2 、 4、 6、 8、 10 mmol / L 的重金属离子溶液中， 将 0. 1g ASA在恒 温振荡器中恒温振荡， 吸附平衡后， 用原子吸收光度计测定其中重金属离子的浓度， 按照公式 （ 2 ） 计算 ASAPGMA / SiO2 对重金属离子的平衡吸附容量， 绘制等温吸附曲线。 V（ C0 － C e ） Qe = m
子形成 2 个或 3 个配位键从而实现对重金属离子的螯合吸附 。已经有学者进行了水杨酸型吸附材料的
20110412 收稿， 20111107来自百度文库接受
http： / / www． hxtb． org
化学通报 2012 年 第 75 卷 第 5 期
· 447·
5相关研究， 例如， 钱沙华等利用 3 ， 二硝基水杨酸对 TiO2 纳米粒子进行表面修饰， 研究了其对对硝基苯 氨基水杨酸化学键合到氯甲基化交联聚苯乙烯微球表面， 制得了氨基 酚的吸附性能 ； 高保娇等将 5［39 ］ CPS） 螯合树脂， CPS 对金属离子的螯合性能 。 水杨酸交联聚苯乙烯（ ASA考察了 ASAASA 对 PGMA / SiO2 微粒进行改性， PGMA / SiO2 。 研究 本文用 5制得水杨酸型螯合吸附材料 ASA了其对重金属离子的吸附性能和重复使用性能 。
PGMA / SiO2 。 采 用 静 态 法 研 究 了 ASAPGMA / SiO2 对 重 金 属 离 子 功制备了一 种 新 型 螯 合 吸 附 材 料 ASA2+ Cu2 + 、 Cd2 + 、 Zn2 + 、 Pb2 + 的吸附性能， Cd2 + 、 Zn2 + 、 Pb2 + 具有很强的螯合吸附能力， 结果表明其对 Cu 、 吸附容
http： / / www． hxtb． org
图式 1 Scheme 1
ASAPGMA / SiO2 的合成过程
Synthesis process of adsorbent ASAPGMA / SiO2
1. 5
2+
重复使用实验
重复使用性能是衡量吸附材料是否具有应用价值的一个非常重要的指标或参数 。 将饱和吸附了 2+ Cu 的吸附材料放入 0. 1mol / L 盐酸溶液中室温（ 20℃ ） 下搅拌 5h， 使吸附在吸附材料上的 Cu 得以解 吸， 测定解吸液中 Cu
PGMA / SiO2 ． The methacrylate） （ PGMA） macromolecular chains of PGMA / SiO2 to obtain a novel adsorbent ASAadsorption properties of ASAPGMA / SiO2 for heavy metal ions were researched through batch method． The experimental results showed that ASAPGMA / SiO2 possesses strong chelating adsorption ability for heavy metal ions and the adsorption capacity for Cu2 + ， Cd2 + ， Zn2 + and Pb2 + reached 0. 42 ， 0. 40 ， 0. 35 ， 0. 31mmol / g， respectively． pH was found to have great influence on the adsorption capacity． The adsorption isotherm data obeyed the Langmuir and Freundlich model． The desorption of heavy metal ions from ASAPGMA / SiO2 was effective while using 0. 1mol / L of hydrochloric acid solution as eluent． Consecutive adsorption-desorption experiments showed that ASAPGMA / SiO2 could be reused almost without any loss in the adsorption capacity． Keywords Silica gel Chelating adsorption，Heavy metal ions，5Aminosalicylic acid，Poly （ glycidyl methacrylate ） ，
1. 3
动力学吸附曲线
PGMA / SiO2 放入到 25mL 浓度为 10mmol / L 的重金属离子溶液中， 将 0. 1g ASA在恒温振荡器中恒 ， ， ， 温振荡 间隔一定时间取出上清液 用原子吸收光度计测定其中重金属离子的浓度 按照公式 （ 1 ） 计算 ASAPGMA / SiO2 对重金属离子的吸附容量， PGMA / SiO2 与重金属离子 绘制吸附动力学曲线， 考察 ASA的吸附速度， 确定吸附达到平衡的时间。 Q = V（ C0 － C t ） m （ 1）
1. 2
ASAPGMA / SiO2 的制备
将 10g 用盐酸活化过的硅胶与 15mL MPS 加入到 200mL 乙醇水溶液 （ V / V = 1∶ 1 ） 中， 在 50℃ 下反 SiO2 ； 然后， SiO2 和 20mL GMA 应 24h， 得到用 MPS 改性的表面具有可聚合双键的硅胶 MPS将 6 g MPSN70℃ 加入到 400mL N， 二甲基甲酰胺中， 氮气排空 30min， 加入引发剂 AIBN（ 单体质量的 1. 4 （ wt） % ） ， 下反应 24h， 再用二甲亚砜抽提 24h 以除去物理包覆在硅胶表面的聚合物， 得到接枝微粒 PGMA / SiO2 ； ASA 加入到 100mL 浓度为 0. 01mol / L 的 NaOH 水溶液中， 最后， 将 1g PGMA / SiO2 和 6g 5再调节 pH 至 12 ， 80℃ 下反应 24h， 0. 01mol / L ， 0. 01mol / L 然后依次用 盐酸洗至弱酸性 氨水洗至弱碱性， 蒸馏水洗至 PGMA / SiO2 。 中性， 最终制得螯合吸附材料 ASAASAPGMA / SiO2 的合成过程见图式 1 。 本研究中， PGMA / SiO2 接枝微粒的接枝度为 0. 134g / g， 环 氧键的转化率为 92. 4% 。
随着工业的发展， 由重金属离子所引起的地表水及地下水的污染进一步加剧 。 由于重金属离子对 动植物以及人类具有较强的毒性 ， 即使在低浓度下也会引起严重的疾病 。因此， 有效去除水体里的重金 属离子显得尤为重要和迫切。目前， 处理含重金属离子废水的方法主要有化学沉淀法、 反渗透法、 电渗 ［1 ～ 11 ］ 。在这些方法中， 离子交换法和吸附法 吸附法是研究最多且应用最广的一种方法 。 近年来， 析法、 聚合物微球或聚合物 / 无机载体等类型的螯合树脂受到了越来越多的关注 。 研究者通过将具有螯合性 ［12 ～ 16 ］ ， 能的单体（ 如丙烯酸、 甲基丙烯酸、 烯丙基硫脲、 乙烯基吡啶等 ） 进行聚合制备了功能微球 也有一
［17 ～ 29 ］ 。 些研究者对天然或合成的微球进行化学改性制备了螯合树脂 甲基丙烯酸缩水甘油酯（ GMA） 是一种常用的功能单体。 基于其分子内含有可与氨基反应的环氧 ［30 ～ 37 ］ 。5ASA ） 分子中含有 1 个可与环氧键反应的 键， 已被广泛应用于功能材料的制备 氨基水杨酸 （ 55ASA 可以很容易地接枝到 PGMA 大分子链上， 而且可以与重金属离 氨基以及 1 个羧基和羟基。因此，
· 446·
化学通报 2012 年 第 75 卷 第 5 期
http： / / www． hxtb． org
水杨酸型螯合吸附材料对重金属离子的吸附性能
安富强 代 新 王晓华 万 敏 高建峰
（ 中北大学化学系 太原 030051 ）
摘
要
将 5氨基水杨酸接枝到 PGMA / SiO2 微粒的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（ PGMA ） 大分子链上， 成
［38 ］
1
1. 1
实验部分
仪器与试剂
2 硅胶（ 青岛海洋化工有限公司， 粒度： 120 ～ 160 目， 孔径： 6nm， 孔容： 1. 0mL / g， 比表面： 350m / g ） ； 甲 3基丙烯酸缩水甘油酯 （ GMA， 试剂纯， 天津瑞金特化学试剂有限公司 ） ； 异丁烯酰基丙基甲氧基硅烷
（ 2）
Q e 是 ASAPGMA / SiO2 对重金属离子的平衡吸附容量； V 是重金属离子溶液的体积； C0 是重金属 式中， PGMA / SiO2 的质量。 离子溶液的初始浓度； C e 是吸附平衡后重金属离子溶液的浓度 ； m 是 ASA-
· 448·
化学通报 2012 年 第 75 卷 第 5 期
905cm 吸收光谱。在 PGMA / SiO2 的谱线中，
处出现了环氧键的特征吸收峰， 并且 1732cm
－1
处羰基的
特征吸收峰有所增强， 这些证明了 PGMA 已经接枝到硅胶表面， 形成了接枝微粒 PGMA / SiO2 。 在 ASA－1 －1 PGMA / SiO2 的谱线中， 1408cm － 1 处出现了 C —N 在 1485cm 与 1589cm 处出现了苯环的特征吸收峰，
0. 40 、 0. 35 、 0. 31mmol / g。体系的 pH 对吸附容量影响较大， 量分别可以达到 0. 42 、 吸附行为服从 Langmuir 和 Freundlich 吸附模型。使用 0. 1mol / L 的盐酸溶液就可实现重金属离子的解吸 。 通过反复吸附解吸实验证明 ASAPGMA / SiO2 具有良好的重复使用性能 。 关键词 螯合吸附 重金属离子 5氨基水杨酸 聚甲基丙烯酸缩水甘油酯 硅胶
（ MPS， 分析纯， 南京创世化学试剂有限公司） ； 偶氮二异丁腈（ AIBN， 分析纯， 上海化学试剂厂， 重结晶后 使用） ； 5氨基水杨酸（ 分析纯， 北京化学试剂厂） 。 STA449 型热重分析仪 （ 德国 Netzsch 公司 ） ； WYX9001 型原子吸收分光光度仪 （ 沈阳分析仪器 Elmer1700 型傅里叶变换红外光谱仪 （ 美国 PerkinElmer 公司 ） ； pHS2 型酸度计 （ 上海第二 厂） ； Perkin92C 型恒温振荡器（ 上海博迅医药器械厂） 。 分析仪器厂） ； THZ-
Adsorption Properties of Salicylic Acid Type Chelate Adsorbent for Heavy Metal Ions
An Fuqiang，Dai Xin，Wang Xiaohua，Wan Min，Gao Jianfeng
（ Chemical Department，North University of China，Taiyuan 030051 ） Abstract In this study，5Aminosalicylic acid （ 5ASA ） was successfully grafted onto the poly （ glycidyl
2+
的浓度， 根据开始的吸附容量， 就可以计算出吸附材料的解吸率。 为了进一步测
试吸附材料的重复使用性能， 对同一个吸附材料重复进行了 10 次吸附解吸实验。
2
2. 1
结果与讨论
ASAPGMA / SiO2 的制备与表征
PGMA / SiO2 制备过程中， PGMA / SiO2 吸附 Cu 以后的红外 图 1 给出了在 ASA各步产物以及 ASA2+ －1