CN101947434B - 层状草甘膦锆用作铅离子吸附材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种层状草甘膦锆的新用途，即将其用作铅离子吸附材料。层状草甘膦锆分子式为C6H13N2O10.5P2Zr。本发明发现层状草甘膦锆对铅离子有较强的吸附能力且有较好的选择性吸附性能；通过实验确定了用层状草甘膦锆吸附含铅离子水溶液，较合适的吸附时间为4-6小时，较合适的吸附温度是40-60℃。层状草甘膦锆适合吸附浓度在100-800mg/L的含铅溶液且可多次重复使用。将该用途用于净化含铅离子废水，对保护环境将起到积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种层状草甘膦锆的新用途，对于废水中的重金属离子Pb2+具有高选择性和吸附率，并且脱附简单快速，且该材料可以重复利用。
背景技术
重金属既可以直接进入大气、水体和土壤，造成各类环境要素的直接污染，也可以在大气、水体和土壤中相互迁移，造成各类环境要素的间接污染。由于重金属不能被微生物降解，在环境中只能发生各种形态之间的相互转化，所以重金属污染的消除往往更为困难，对生物引起的影响和危害也是人们更为关注的问题。水体中的Pb2+污染主要来源于电镀、采矿等工业废水的排放。环境中特别是环境水样中的铅量，是环境监测控制的一个重要指标。在各种环境污染处理技术中，吸附法是广泛应用的方法，用的吸附剂有活性炭、活性硅藻土、纤维、天然蒙脱土、煤渣以及混凝剂等。
近年来，由于磷酸锆(ZrP)及其衍生物具有良好的离子交换特性和较大的内表面积，其能够吸附重金属等有毒物质，在环境保护方面的研究工作取得了长足的发展。如Bingcai Pan等人在文献J.Journal of Hazardous Materials 172(2009)129-137中研究了无定形磷酸锆以及磷酸锆衍生物对重金属的选择性吸附。并且将D-100(聚苯乙烯磺酸交换剂)和ZrP对重金属吸附进行比较，发现ZrP对重金属吸附远远比D-100吸附量大，ZrP其吸附量为0.79meq/g(81.84mg/g)，ZrP及其衍生物ZrP-D001(ZrP分散在D-100)体系可以用一定浓度的HCl进行淋洗再生。同样在文献J.Journal of Hazardous Materials 170(2009)824-828中提到，Zr(HPO3S)2(ZrPS)在存在竞争离子Ca(II)的水溶液中对重金属离子Pb(II)，Cd(II)和Zn(II)具有高效选择性，其吸附量分别为Pb(II)吸附量为1.5meq/g(155.4mg/g)，Cd(II)吸附量为1.38meq/g(77.56mg/g)，Zn(II)为1.30meq/g(42.51mg/g)，同样该材料用6M的HCl淋洗同样也可以达到再生效果。
相对于纯粹的无机磷酸锆体系来说，由于有机膦酸锆类化合物具有更大的比表面积和其内部可能存在的与金属离子配位基团，使其具有潜在的比无机磷酸锆更加优良的吸附性能。本实验室对有机膦酸锆类化合物-层状草甘膦锆(ZrGP)进行了深入研究，并在专利申请200810223091.X中公开了该化合物及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供层状草甘膦锆的新用途，即将其用作铅离子吸附材料。主要用于含铅离子废水溶液的处理。
层状草甘膦锆(ZrGP)，分子式为C6H13N2O10.5P2Zr；其微观形貌为长竹片状结晶，其制备方法已经在专利申请200810223091.X中公开。
本发明实施例1证明了用层状草甘膦锆吸附含铅离子水溶液，较合适的吸附时间为4-6小时。
实施例2证明了用层状草甘膦锆吸附含铅离子水溶液，适合吸附初始浓度在100-800mg/L的含铅溶液。
实施例3证明了用层状草甘膦锆吸附含铅离子水溶液，较合适的吸附温度是40-60℃。
实施例4证明了层状草甘膦锆对铅离子选择性吸附性能较好。
实施例5证明了用层状草甘膦锆吸附含铅离子水溶液，层状草甘膦锆可多次重复利用。
本发明的有益效果在于：本方法提供了一种新型的吸附材料，该材料对重金属离子Pb2+具有很强的吸附效果，且工艺操作容易。有其他离子存在时该材料对Pb2+吸附具有高效选择性，并且脱附过程快速完全，简单无毒害，而且重复吸脱附，吸附量不会发生变化，说明该材料可以重复利用。
具体实施方式：
实施例1：
用硝酸铅配制初始浓度为350mg/L Pb2+的溶液，称量0.1g ZrGP加入该铅溶液中，室温条件下开始搅拌，每隔30分钟取样测溶液中Pb2+的含量，结果见表1。如表1所示Pb2+的吸附量随时间的增加而增加，吸附时间大于300分钟后吸附量几乎不再发生变化，说明吸附已经达到平衡。由表1得出较合适的吸附时间为4-6小时。
吸附样品用0.1M盐酸进行脱附，脱附时间为10-20分钟，结果表明脱附非常完全。
表1
| 时间(分钟) | 浓度(mg/L) | 吸附量(mg/g) |
| 0 | 341.9 | 0 |
| 30 | 294.4 | 47.5 |
| 60 | 255.9 | 86 |
| 90 | 201.4 | 140.5 |
| 120 | 199.7 | 142.2 |
| 150 | 198.9 | 143 |
| 180 | 155.9 | 186 |
| 210 | 134.4 | 207.5 |
| 240 | 129.1 | 212.8 |
| 270 | 112.9 | 228 |
| 300 | 112.9 | 229 |
| 360 | 112.9 | 229 |
| 420 | 112.9 | 229 |
| 480 | 112.9 | 229 |
实施例2：
用硝酸铅按表2所列的初始浓度值配制相应浓度的10组溶液，称量0.1g ZrGP分别加入上述溶液中，室温条件下开始搅拌，6个小时后测溶液中Pb2+的含量，结果见表2。如表2所示，吸附量随着初始浓度的增大而增大，当初始浓度大于798mg/L时吸附量几乎不再随初始浓度的增大而增加。表2说明ZrGP适合吸附初始浓度在100-800mg/L的含铅溶液。
吸附样品用0.1M盐酸进行脱附，脱附时间为20分钟，结果表明脱附非常完全。
表2
实施例3：
用硝酸铅配制初始浓度为800mg/L Pb2+的溶液，称量0.1g ZrGP加入该铅溶液中，温度为20-80℃条件下开始搅拌，6个小时后测溶液中Pb2+的含量，结果见表3。结果表明温度较低时吸附量随着温度升高而升高，当达温度到50℃时吸附量达到最大值649.5mg/g，温度继续升高吸附量反而减小。由表3得出较合适的吸附温度是40-60℃.
吸附样品用0.1M盐酸进行脱附，脱附时间为20分钟，结果表明脱附非常完全。
表3
| 反应温度/℃ | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| 吸附量mg/g | 423.2 | 511.9 | 538 | 649.5 | 568.9 | 513.2 | 486.3 |
实施例4：
用硝酸钙，硝酸镁，硝酸镉，硝酸铅配制初始浓度均为800mg/L的Ca2+、Mg2+、Cd2+及Pb2+的四种离子的混合溶液，称量0.1g ZrGP加入到该混合铅溶液中，在40℃条件下搅拌，6个小时后测混合混合溶液中各离子的含量，结果见表4。如表4所示草甘膦锆对Pb2+的吸附量最大，可以达到545mg/g，其他离子的吸附量分别为：Ca2+的吸附量为30mg/g、Mg2+的吸附量47mg/g、Cd2+的吸附量为115mg/g。说明ZrGP对铅离子选择性吸附性能较好。
将吸附样品用0.1M盐酸进行脱附，脱附时间为20分钟，结果表明各个离子脱附完全。
表4
实施例5：
用硝酸铅配制初始浓度均为800mg/L的溶液，准确称量0.1g用盐酸脱附后的ZrGP加入到该混合溶液中，温度为40℃条件下开始搅拌，6个小时后候测溶液中各个离子含量。将吸附样品用0.1M盐酸进行脱附，脱附时间为20分钟。同样方法重复吸脱附5次，结果见表5。
从表5可以看出该材料循环利用后，吸附量基本没有发生变化，说明该材料可多次重复利用。
表5
| M2+ | Pb |
| 第一次吸附量(mg/g) | 545 |
| 第二次吸附量(mg/g) | 553 |
| 第三次吸附量(mg/g) | 549 |
| 第四次吸附量(mg/g) | 543 |
| 第五次吸附量(mg/g) | 537 |
Claims (3)
1.一种层状草甘膦锆的应用，将其用作铅离子吸附材料；所述的层状草甘膦锆分子式为C6H13N2O10.5P2Zr。
2.根据权利要求1所述的层状草甘膦锆的应用，用层状草甘膦锆吸附含铅离子水溶液，吸附时间为4-6小时；吸附温度是40-60℃。
3.根据权利要求1所述的层状草甘膦锆的应用，适用于浓度为100-800mg/L的含铅溶液，且能多次重复使用。
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