特殊的吸附剂

脱铅离子筛的制备与机理研究 2004年度国家技术发明奖(二等奖)
由天津大学王榕树等完成
该项目研究与开发对水体具有直接净化和修复功能的一类新型环境材料。主要内容如下： 1．开发多种具有坚稳三维骨格的、非整比的新型无机复合物，用化学制筛手段，赋予对 特定离子的筛效应与键合能力，使之高效地捕获待净化的有害离子，分离或回收贵金属离 子。其筛取容量大，洗脱率高，洗脱峰集中，抗污染能力强。 2．以离子筛技术为内涵，利用大孔分子筛高度发达的比表面，在其内外孔道构筑离子筛 膜，进而制备离子筛膜反应器。并研究此筛膜的稳定性、功能性和可靠性问题。 3．以专用离子筛和离子筛膜为关键技术，研制出一类特种水分子簇即六环水。其具有渗 透力强，表面张力小等特点。 具体研究成果有：1）重金属离子筛，如脱铅离子筛；2）阴离子筛，如降氟离子筛；3） 乏燃料专属离子筛，如固镭离子筛，提铯离子筛，提镅离子筛等；4）中药专用离子筛，如 脱砷离子筛；5）离子筛膜反应器，如γ-MnO2纳米筛膜反应器；6）特种水分子簇－六环水 的研制。 该项目申请了12项中国发明专利，其中3项授权，7项公开；在《中国科学》、《自然科 学进展》、《J. Colloid & Interface Science》和《 J. Radioanal. & Nucl. Chem.》 等刊物上发表论文80余篇，推广应用以来，取得了明显的社会经济效益。
制备方法：20ml硫代乙醇加上14ml乙酸，混匀，低 加2滴浓硫酸，混匀并冷至室温，再加上4g脱脂棉浸湿， 并于室温( 25℃)下放置24小时，分别用自来水、蒸馏 水洗至中性，挤干水，放入37-38 ℃烘箱中晾干，密闭、
避光和低温下保存。
巯基纤维素的吸附性能
巯基棉纤维对各种金属元素的结合能力有着明显的差 异，其强弱顺序基本上符合软硬酸碱原则： Pt（Ⅱ）-Pd（Ⅱ）>Au（Ⅲ）-Se（Ⅳ）>Te（Ⅳ）>As （Ⅲ）>Hg（Ⅱ ）-Ag（Ⅰ）>Sb（Ⅲ）>Bi（Ⅲ）>Sn （Ⅱ）>CH3Hg＋>In（Ⅲ）-Pb（Ⅱ）>Cd（Ⅱ）>Zn（Ⅱ）
分子筛主要用于气态物的分离和有 机溶剂痕量水的除去。 实验室一般采用4-5A的分子筛。
5A分子筛是钙型硅铝酸盐。均匀的孔径约为 0.5nm，堆密度为700～800kg/m3，比表面积为 750～800m2/g，孔隙率为47%，机械强度大于 95%，对水分的吸附容量约为21.5%，对二氧化 碳的吸附容量为1.5%，在吸附水分、二氧化碳的 同时对乙炔等碳氢化合物有共吸附作用。
Байду номын сангаас分子筛与分子印迹
主要用途： 分子筛的应用非常广泛，可以作高效干燥剂、选
择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等 1、天然气干燥、脱硫、脱二氧化碳； 2、氮氧分离、氮氢分离，制取氧、氮和氢； 3、石油脱腊、从支烃、环烃中分离正构烃。 4、石油裂解、加氢裂解、异构化、重整、甲
苯歧化等工业中
离子筛
赋予对特定离子的筛效应与键合能力，使之高效地 捕获待净化的有害离子，分离或回收贵金属离子。离子 筛具有很强的精确分离能力。
分子筛分离
分子筛是一种结晶态的金属硅铝酸盐。由硅氧四面 体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子筛分子尺寸 大小（通常为0.3 - 2.0 nm）的孔道和空腔体系，从而 具有筛分分子的特性。它具有高度选择性吸附性能，是 由于其结构形成许多与外部相通的均一微孔。凡是比分 子筛孔径小的分子可通入孔道中，而较大者则留在孔外， 借此筛分各种分子大小不同的混合物。
脱铅离子筛的界面筛分机理（王榕树等）
以焦磷钼酸锡为基体制备了一种脱铅离子筛, 可以高选择性 脱除水体中的痕量铅离子. 通过对离子筛的原位红外光谱, X射 线光电子能谱及选择性吸附实验的分析, 探索了脱铅离子筛界面 的选择性筛分机理. 研究表明在制备离子筛的热力学重结晶过程 中, 基体发生了固相化学反应, 通过化学修饰手段, 可在其表面 形成具有特殊选择性的吸附筛位, 当Pb2+被置换后, 由于基体聚 合反应的发生, 使吸附位的微观结构未被破坏, 而是以铅空穴的 形式保存在与Pb2+有独特键合作用的界面上的和基团中, 进而形 成对铅离子的特殊选择性. 这种吸附位的筛分作用为一种弱化学 作用, 与待去离子的价电子态直接相关.
活性炭又称活性炭黑。是黑色粉末状或颗粒状的无 定形碳。主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。活性炭在 结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔， 在活化时会产生碳组织缺陷， 因此它是一种多孔碳，堆积密度低， 比表面积大。
➢ 分类： 木质活性炭、果壳活性碳、煤质柱状活性炭等。 以果壳和木屑为原料，经炭化、活化、精制加工而成。
常见吸附分离材料（吸附剂）
● 离子筛、活性炭和分子筛
● 巯基棉纤维和泡沫塑料 ● 大孔性吸附树脂 ● 硅胶、氧化铝等吸附剂 ● 纳米材料 ● 壳聚糖 ● 磁微球等
活性炭分离
活性炭是常用的吸附剂，表面积约100 - 1000 m2/g ， 粒度< 90 m 应占97%以上。活性炭是一种非极性吸附剂， 较易吸附极性较小的分子。
巯基棉纤维分离
巯基棉可以定量吸附水溶液中多种微量重金 属离子和某些非金属离子，具有富集倍数大、吸 附效率高、吸附速度快、选择性强、解脱性能好、 制备简单、操作简便和易于推广等优点。
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巯基纤维素的制备
巯基棉纤维是将巯基(HS-)连接在棉花的大分子链上 而制成。它的吸附性能取决于棉花纤维比表面上巯基的 数量。
➢ 在分析上，活性炭可用来吸附液相、气相的各种物质， 也可以在多元素富集中作为痕量载体应用。
➢ 活性炭的吸附速度一般较快，通常只要把活性炭与试 液共振荡3-5分钟，接着用滤纸过滤，即可定量吸附待 测成分。
活性炭的预处理
分别用48 % HF，12M HCl洗涤，除去杂质。 定量分离时应做空白实验。 应用: ➢ 精制有机物常用活性炭脱色 ➢ 高纯金属微量杂质的分离分析 ➢废水处理 ➢空气净化 ➢催化剂和催化剂载体
巯基棉对碱金属、碱土金属无亲和性；而对亲硫元 素吸附性能好。各种亲硫的金属成分可与较高浓度的K＋、 Na＋、Mg2＋、Ca2＋、Sr2＋、Fe3＋、Mn2＋、Cr3＋分离。