印跡材料對水溶液中鎳離子的選擇吸附研究

孫浩原

印跡材料對水溶液中鎳離子的選擇吸附研究

孫浩原

（沈陽眾佑科技有限公司， 遼寧 沈陽 110000）

使用離子印跡材料對Ni（II）-Co（II）二元體系溶液中的金屬離子選擇吸附性能進行了研究。結果表明，在溶液中存在單一Ni（II）時，其飽和吸附量為8.602 mg/g。在Ni（II）-Co（II）的二元體系水溶液中，當Ni（II）-Co（II）離子濃度比為1∶1以及1∶4時，鎳離子已經被吸附完全而鈷離子的吸附量很少。鎳離子分配系數K為237.5，而鈷離子的分配系數只有0.104 4，選擇系數為22 274.90，表現出來了良好的選擇吸附能力。鎳離子印跡材料的吸附符合動力學二級模型。

離子印跡；鎳離子；選擇性吸附；動力學模型

鎳具有優良的高度磨光性、催化性能和抗腐蝕性等性能，被廣泛地應用于催化劑、貨幣制造、抗腐蝕等領域[1, 2]。在水溶液在，鎳主要以二價離子的形式存在。鎳離子對生物具有毒性[3]。因此，含有鎳離子的工業廢水被嚴格限制排放。作為一種重要的重金屬金屬，如何從工業廢水中有效的分離和提取鎳離子，對環境保護和金屬離子回收均有重要的意義。目前處理工業廢水中鎳離子的方法有以下幾種:電解法[4]、化學沉淀法[5]、離子交換法[6]、吸附法[7]等。

在工業廢水溶液體系中，經常存在不止一種金屬離子。因此如果對工業廢水溶液體系中的金屬離子進行單獨分離與提取，就成為一個研究者關注的熱點研究。目前，萃取法是現代工業中使用的一種非常有效和實用的方法，可以有效分離出水溶液中的金屬離子[8]。 近年來，離子印跡方法得到了越來越多的關注，將離子印跡材料基礎用于金屬離子的提取和分離成為研究的熱點[9]。

本文針對鎳離子和鈷離子共存狀態下，探究了印跡材料對鎳離子的吸附性能，對選擇性吸附能力以及特異性識別機理也進行了探討。

1 實驗部分

在35 ℃、pH=6的條件下，在單一鎳離子體系以及Ni（II）-Co（II）離子二元體系中對以改性殼聚糖為基礎制備的鎳離子印跡材料進行吸附性能的測試。分別設計了3組實驗，每組做了3次平行實驗取平均值來保證結果的準確度。其中第1組為單一組分Ni（II）離子的吸附性能，第2組為Ni（II）-Co（II）離子的濃度為1∶1時印跡材料的吸附性能，第3組為Ni（II）-Co（II）離子的濃度為1:4時印跡材料的吸附性能。

2 結果與討論

2.1 選擇性吸附性能分析

使用如下的吸附容量公式來計算溶液中單位質量的印跡材料吸附前后溶液中濃度的變化。

=（-）/

式中：吸附容量 —單位體積的溶液中單位質量的印跡材料吸附前后溶液中濃度的變化，反映了印跡材料的吸附能力；

—對映體；

—代表印跡微球的平衡吸附容量；

和—分別為吸附前后Ni（Ⅱ）離子的質量濃度，（mol·L）；

—實驗中吸附液體積，mL；

—印跡微球球干球質量，g。

表1是Ni（II）-Co（II）離子二元體系中印跡微球對Ni（II）離子的選擇性吸附情況的數據以及計算分析的結果。由表1可知，當溶液中只存在單一的Ni（II）時，印跡微球達到了飽和吸附量，其值為8.602 mg/g。在Ni（II）-Co（II）離子的濃度為1∶1時，印跡微球吸附的鎳離子含量不變，對鈷離子基本不吸附，吸附量為0.122 2 mg/g。當Ni（II）-Co（II）離子的濃度為1∶4時，鎳離子已經被吸附完全，鈷離子的吸附量依然很少，為0.122 2 mg/g。

吸附系數K又稱分配系數，指在一定濃度下，處于平衡狀態時，模板離子附著在吸附劑表面的流體濃度與溶液中的濃度比，反映了吸附量與濃度的關系。計算吸附系數的公式如下所示：

K=C/C=/

式中：C—平衡時膜中流體濃度；

C—主流體濃度。

選擇性系數代表的是兩種模板離子的分配系數的比。反映了印跡材料的選擇性吸附能力。

=K1/K2

其中：K1和K2—分別為溶液中不同組分的吸附系數。

經計算，鎳離子的飽和吸附量為0.145 9 mol/g，分配系數K為237.5，而鈷離子的分配系數只有0.104 4，在Ni2+/ Co2+的二元體系中，選擇系數達到了22 274.90。從數據中可以看出，制備的鎳離子印跡材料表現出來了很好的選擇吸附能力。在Ni2+/ Co2+的二元體系中，鎳離子的飽和吸附量Q為8.602 mg/g，分配系數K為44.346 5，而鈷離子的分配系數只有0.007 14，選擇系數達到了6 210.99。

表1 Ni（II）-Co（II）離子體系中金屬離子的吸附性能

2.2 吸附動力學分析

對印跡材料的時間-吸附量曲線進行測試并建立動力學模型。動力學二級模型的表達式為：

因此反應速率方程為：

當=0時，初始反應速率為0，在=0處取切線，求斜率得到了初始反應速率。

則動力學二級模型的表達式可寫為：

即可求出2的值。

其中：q—時刻的印跡材料的吸附量，mg/g；

max—平衡時印跡材料的吸附量，mg/g；

2—動力學二級模型速率系數；

—誤差；

—吸附反應速率，g/min。

通過/q對作圖，可得出0（截距）、2（斜率2/截距）、q（1/斜率）。各動力學參數見表2和圖1。

圖1 二級動力學模型（A 30 ℃、B 35 ℃、C 40 ℃）

表2 動力學二級模型參數（ pH =6）

如果0越大，印跡材料的性能研究值越大, 則意味著吸附速率越快。得到一條直線說明吸附過程符合二級動力學模型。 相對于動力學一級模型來說，二級吸附模型揭示整個吸附過程的行為而且與速率控制步驟相一致。

4 結 論

鎳離子印跡材料對鎳離子的飽和吸附量Q為8.608 mg/g，在Ni2+/ Co2+的二元體系中，分配系數為237.5，而鈷離子的分配系數只有0.104 4，選擇系數達到了22 274.90。在多元體系中依然保持良好的選擇性吸附能力。鎳離子印跡材料的吸附符合動力學二級模型。

［1］Holan ZR, Volesky B, Prasetyo I. Bioseparation of cadmium by biomass of marine algae［J］., 1993，4: 819-25.

［2］L. Benea, P.L. Bonora, A. Borello, S. Martelli, Effect of SiC size dimensions on the corrosion wear resistance of the electrodeposited composite coating［J］.，2001，249: 995-1003.

［3］Holan ZR, Volesky B, Prasetyo I. Bioseparation of cadmium by biomass of marine algae［J］., 1993, 4: 819-25.

［4］Shanhong Lan, Feng Ju, Xiuwen Wu. Treatment of wastewater containing EDTA-Cu（II） using the combined process of interiormicroelectrolysis and Fenton oxidation–coagulation［J］., 2012, 89: 117-124.

［5］Yu-Jen Shih, Chih-Ping Lin, Yao-Hui Huang. Application of Fered-Fenton and chemical precipitation process for the treatment of electroless nickel plating wastewater［J］., 2013, 104: 100-105.

［6］Verbych Svetlana, Hilal Nidal, Sorokin Genady, et al. Ion exchange extraction of heavy metal ions from waste water[J]., 2004, 39（9）: 2031-2040.

［7］Yue Zhao, Hui Chen, QunYan. Enhanced phosphate removal during the simultaneous adsorption of phosphate and Ni2+from electroless nickel wastewater by calcium silicate hydrate （CSH）［J］., 2017, 8: 141-149.

［8］譚天偉, 賀小進, 杜衛霞. 殼聚糖金屬離子印跡樹脂的吸附模型[J]. 化工學報，2001，52（2）：176-177.

［9］買迪娜木·阿不都瓦依提, 司馬義·努爾拉, 肖開提·阿布力孜. Cu（II）印跡丙烯腈-co-苯乙烯微球的制備與對Cu（II）的選擇性吸附[J]. 分析試驗室, 2013，732: 7-8．

Study on Selective Adsorption of Nickel Ions in Aqueous Solutions by Imprinted Materials

（Shenyang Zhongyou Technology Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110000, China）

The selective adsorption properties of ion-imprinted materials for metal ions in Ni(II)-Co(II) binary system solution were studied. The results showed that when there was a single Ni(II) in the solution, its saturated adsorption quantityewas 8.602 mg/g. In the aqueous solution of Ni(II)-Co(II) binary system, when the concentration ratio of Ni(II)-Co(II) ions was 1∶1 and 1∶4, the nickel ions had been completely absorbed and the adsorption capacity of cobalt ions was very small. The distribution coefficientdof nickel ion was 237.5, while the distribution coefficient of cobalt ion was only 0.1044, and the selection coefficient was 22274.90, which showed a good selective adsorption capacity. The adsorption of nickel ion-imprinted material conformed to the kinetic secondary model.

Nickel ions; Ion imprinted; Selective adsorption; Kinetic models

2020-04-13

孫浩原（1986-），男，中級工程師，碩士，遼寧省沈陽市人，2013年畢業于英國謝菲爾德大學國際商業管理專業，研究方向：垃圾滲濾液MVR蒸發器設備高溫阻垢劑研發、應用、市場推廣。

TQ 201

A

1004-0935（2020）05-0478-03