磺化磁性纳米复合材料基于活性PGMA-MAn Copolymer@Fe₃O₄纳米粒子:有效去除铜(II)离子从水的解决方案

文摘

螯合磁性纳米复合材料被认为是合适的材料为水处理重金属离子的去除。在这个工作聚缩水甘油methacrylate-maleic酐)共聚物(PGMA-MAn)修改4-aminobenzenesulfonic酸(ABSAc)和随后的产品与改性铁反应₃O₄纳米粒子,2-ethanedithiol(美国东部时间)在超声波辐照制备立体的螯合磁性纳米复合材料。合成磁性纳米复合材料是傅里叶变换红外光谱(ir)、扫描电镜(SEM)、x射线衍射分析(XRD)、振动样品磁强计(VSM),能量色散x射线(EDX)分析,元素映射分析(EMA), Brunauer-Emmett-Teller (BET)和热重分析(TGA)。铜(II)离子的吸附行为进行了研究,合成纳米复合材料在不同pH值等参数,接触时间、金属离子浓度和吸附剂用量。平衡分配系数()确定和研究结果证明价值大约是高在所有选定的金属离子。合成纳米复合材料表现出良好的趋势将铜(II)离子从水即使在酸性pH值的解决方案。

1。介绍

世界各地,有毒金属离子污染物的吸附水媒体的一个主要环境和经济问题1]。重金属污染物已经开发出一个严重的普遍问题,危害环境和人类的健康,由于其毒性、致癌,倾向于生物蓄积在活组织特别是人类的身体。会导致显著的生理障碍,例如损伤中枢神经系统,能源的生产,和不可逆损害身体的重要器官2,3]。关于重金属污染也应该意识到,为了防止重金属中毒,立即解毒重金属废水通过适当的治疗是至关重要的。重金属不分解微生物活动,他们可以丰富生物和成键的类型可以转换为更有毒复合物(有机)和被污染的地区可以成为环境中通过扩散传播。因此,清除有毒金属离子从水和废水的安全至关重要的公共卫生和环境4]。

在重金属离子、铜是人类必不可少的微量元素,但是它会成为一个伟大的公共卫生威胁过度摄入。据美国环境保护署(EPA)和世界卫生组织(世卫组织)、饮用水中铜的容许极限是1.3和2.0毫克dm³分别为(5]。相比于纯铜,铜(II)盐更有害,因为他们的水溶性自然,胃肠道刺激的主要风险,肝脏和肾脏损害,血管内溶血。他们的靶器官是胃肠道、心血管循环系统、造血系统、肝脏、肾脏和神经系统(6]。

不同的含铜废水的处理方法(II)已经开发多年来包括凝固、离子交换、膜分离、反渗透,溶剂萃取,化学沉淀,electroflotation [7]。然而,大多数这些过程是不可接受的,因为以下原因:处置污泥,其高成本、低效率和不适用范围广泛的污染物(8]。有许多类型的吸附剂包括天然材料(粘土、沸石和褐煤)、活性炭、硅胶、树脂、高分子混合吸附,氧化矿物质,纤维,biosorbents,和废料用于吸附金属离子的水溶液(9]。然而,大多数吸附剂不仅非选择性和删除目标污染物还在水中的矿物质礼物。因此,话题需要开发新的高分子吸附剂具有高性能和显著增强有毒金属离子从水中去除效率(10]。

如今,在这些方法中,吸附是最有前途的技术由于其舒适,适宜性,去除效率高,使它成为一个潜在的具有成本效益的方法消除有毒重金属废水(11,12]。尽管如此,小说吸附剂的发展与高性能纳米材料是需求量很大13- - - - - -15]。在性能良好的情况下合适的去除重金属离子官能团磁性纳米材料结合磁选和纳米技术将是有用的。此外,这些磁性纳米材料作为吸附剂磁选后显示良好的可重用性,利用磁性纳米颗粒处理废水是有前途的,由于效率高和成本效益16,17]。

磁性高分子吸附剂易于分离和有一个相对较高的表面积。他们操纵复杂的多相系统与外部磁场。进一步发展中吸附剂具有优越特性将磁性粒子的加入到聚合物,从而获得两种材料的优点(24]。最近的研究表明,nanomagnetic螯合聚合物作为新型吸附剂可能潜在的候选人。功能性聚合物可以在磁芯改善涂层的稳定性nanodispersions通过防止聚合;此外,吸收属性可以量身定做合适的官能团(25,26]。因此,迫切需要一个有效的和简单的方法合成改性磁性高分子纳米材料具有高饱和磁化强度和相对大的特定区域具有良好的官能团结合位点(包含捐助者O, N, S杂原子)的去除重金属(27- - - - - -30.]。出于这个原因,一个新的反应基于甲基丙烯酸缩水甘油基酯共聚物(GMA)和马来酸酐(人)与活性官能团功能化,也所以申请容易₃H组被选作为其有效官能团吸附的有毒金属离子通过使用磺胺酸化合物(31日,32]。

当前研究的目的是合成螯合磁性纳米复合材料(复合材料)。被动PGMA-MAn共聚物是由自由基共聚,ABSAc共聚物接枝。修改后的铁的接枝共聚物的反应₃O₄纳米粒子,分别2-ethanedithiol作为改性剂和交联。合成复合材料的特点,它能够把铜(II)离子从水溶液在不同条件下进行。

2。实验

2.1。材料

分析级甲基丙烯酸缩水甘油基酯(GMA),过氧化苯甲酰(BPO)和马来酸酐(人)从西格玛奥德里奇公司购买。GMA在使用之前在减压蒸馏。3-Aminopropyl triethoxysilane (apt) 99%,试剂级四氢呋喃(四氢呋喃)、正己烷、乙醇,正己烷,HCl,氨、硝酸铜和默克公司的购买。

2.2。设备

红外光谱测量与傅里叶变换红外(IR)分光光度计(Nexus - 670,那些时光美国热Nicolet)。元素分析是由中文分析仪(2400系列二世,珀金埃尔默公司,美国)。表面积测量是由Brunauer-Emmett-Teller方法(打赌)Quantachrome TPRWin v1.0(美国)。纳米复合材料的形态是研究通过扫描电子显微镜(SEM)、(XL30飞利浦公司、荷兰)。样品的表面成分进行了分析,利用能量色散谱(EDX)和元素映射分析(EMA) (XL30飞利浦公司、荷兰)。的磁性测量振动样品磁强计(VSM)(湖岸低温电子学,Westerville,哦,美国)在室温20 kOe的磁场。X射线衍射(XRD)光谱被记录在一个X 'pert飞利浦X射线光电子谱仪使用nonmonochromated Mg Ka辐射作为激励源(荷兰)。原子吸收分光光度计(AAS),日本岛津公司aa - 6800(日本),用于测定金属离子浓度的水溶液。TGA分析准备聚合物测定使用NETZSCH(德国)-200 F3玛雅通过扫描600°C的加热速度10°C /分钟。

2.3。制备4-Aminobenzenesulfonic酸(ABSAc)

ABSAc是根据我们之前的准备工作(32]。合成方法的简要描述如下:通常,10 g苯胺在three-neck瓶是500毫升装上回流冷凝器和温度计。然后17.4毫升浓硫酸加入烧瓶缓慢而谨慎。后来混合物加热到170°C 2.5 h。混合物冷却后50°C,涌入一个烧杯包含100毫升的水冰。ABSAc是结晶纯化的热水,然后过滤和真空烘箱中干燥24小时60°C。

2.4。合成甲基丙烯酸缩水甘油基酯、顺丁烯二酸酐共聚物(PGMA-MAn)

自由基共聚合是用于PGMA-MAn共聚物的制备GMA和马在四氢呋喃溶剂根据我们之前的研究33]。GMA和马的摩尔比1:1和四氢呋喃(100毫升)涌入一个圆底烧瓶配有电磁搅拌器在惰性气氛下。反应的解决方案是通过冒泡系统德加与Ar 30分钟然后瓶放置在一个预热油浴。在80°C的共聚过程进行了BPO为引发剂的存在为8小时(1 mol %)。反应完成后的解决方案是冷却(室温),然后共聚物是沉淀在非溶剂正己烷。沉淀共聚物被过滤分离溶剂。滤液(白奶油粉)和正己烷清洗几次,在真空炉干40°C。最后是在真空炉干在40°C至恒重。最后的元素分析共聚物的摩尔比率1:1测量和显示,54.78% C, H, 6.52%和38.7% o .计划1显示了制造路线准备共聚物的示意图。

2.5。制备铁₃O₄磁性纳米颗粒

菲₃O₄纳米粒子是由共沉淀法28)使用FeCl₂h·4₂O和FeCl₃h·6₂1:2 O摩尔比。氢氧化铵(30毫升)与去离子水混合(20毫升)缺氧的冒泡Ar 20分钟。在另一个烧杯,5.41 g FeCl₃和2.99 g FeCl₂在50毫升去离子水溶解。然后,合成解决方案添加drop-wise到上述碱性溶液在剧烈搅拌60°C。亚铁和氯化铁反应氢氧化铵溶液的碱性共同沉淀和黑色沉淀。形成的黑色沉淀(Fe₃O₄)是由磁收获酒吧,然后用去离子水冲洗三次,最后在真空干燥箱干燥24小时50°C。

傅立叶变换红外光谱(KBr,厘米⁻¹):3365(-哦),674 (Fe-O)。

2.6。制备氨基功能化铁₃O₄磁性纳米颗粒(MNPs-NH₂通过硅烷化反应

准备的铁₃O₄磁性纳米颗粒(基于)携带3-aminopropyl triethoxysilane生产的纳米粒子,包含胺组(34]。这些官能团增加胺功能的可用性的络合金属离子以及硫酸组在聚合物结构。需要很长一段时间内液体alkoxysilane之间的反应和固体纳米粒子作为异种的反应(硅烷化)。(1.50 g)在这种情况下,纳米粒子分散在乙醇(150毫升)超声在水浴下基于“增大化现实”技术的气氛中45分钟。产生的色散与氩气充溢了30分钟,然后3-aminopropyl-triethoxysilane(13更易,3毫升)化合物添加到混合物,混合物用近1小时然后加热50°C下磁力搅拌24小时。改性反应的和基于计划所示2。最后,修改和基于被丙酮和去离子水冲洗几次,在真空干燥箱干燥60°C 24 h。计划2给出了基于的改性反应。

2.7。合成PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄磁性纳米复合吸附剂

PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄磁性纳米复合材料合成的反应PGMA-MAn共聚物(2 g)和ABSAc (1 g)在四氢呋喃/ H₂在80°C O溶剂在单独的烧瓶MNPs-NH。(解决方案)₂(0.15 g)在10毫升的水用了45分钟获得分散和基于(解决方案B)。然后解决方案添加到解决方案B超声辐照下,混合物保持在80°C下12 h搅拌器。随后1,2-ethandithio(1毫升)交联是drop-wise添加到混合和反应进行了24小时的回流条件。最后结果PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料是由外部磁场,几次去离子水清洗和丙酮,在真空干燥箱和干50°C 48 h。合成反应所示方案3。

2.8。吸附测量

为合成PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料,吸附实验测量通过一批铜(II)离子的方法。不同的pH值范围的影响(2- - - - - -7),接触时间(5-60 min),吸附剂用量(3毫克),初始浓度1 - 25 mg / L的去除铜(II)离子制备纳米复合材料的研究。股票的解决方案准备使用稀释的解决方案。每个因素的影响了在恒定条件下10毫克的吸附剂粉末分散在25毫升的铜(II)解决方案(50毫克L⁻¹)与搅拌20分钟150 rpm和298 K,不同初始水平的相关因素。后达成了平衡在所有的实验中,两个阶段分离和铜(II)的浓度用原子吸收光谱法分析。平衡时间少于20分钟。计划4显示了铜(II)的吸附机制提出从水中PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料。每个测量重复三次,结果报道他们的平均值。铜(II)的吸附百分比计算使用以下方程: 在哪里和初始和平衡浓度(毫克/升)的铜(II)金属离子溶液,分别。

3所示。结果与讨论

3.1。描述的准备材料

3.1.1。扫描电镜

数据1(一),1 (b),1 (c)显示的扫描电镜图像裸露的铁₃O₄、共聚物和PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料。从图可以看出1(一),菲₃O₄粒子有一个近球形的大小分布直径约60 - 150海里。可以看出菲₃O₄粒子有一个近球形。磁光铁₃O₄粒子有疏水表面有一个很大的表面积与体积比,这导致粒子的聚集和大型集群的形成,导致粒径增加。代表PGMA-MAn共聚物在图的图像1 (b)揭示大部分在微尺度形态不规则的凝块的小集群。所以,可以广受好评,由于GMA和人共聚无定形白奶油集群具有多孔结构的形成和共聚物明显表现出统一的形态与连接粒子。

这是观察到表面形态的磁性纳米复合材料不同于普通的铁₃O₄纳米颗粒和共聚物(图1 (c))。合成纳米复合材料的表面不规则性和形成的表结构,它可以是由于交联过程和纳米颗粒的存在,2-ethanedithiol复合结构。似乎MNPs-NH₂纳米粒子在复合结构multidispersed与约50纳米的厚度表。

SEM图像的nanocomposite-Cu (II)复杂的吸附后如图1 (d)。这张图片显示的表面和不规则表PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料。后铜(II)金属离子的吸附,纳米复合材料的表面是均匀地挤满了金属离子和珠结构稍长明显表明,活跃的网站如胺、硫化物和硫酸盐团体存在的突出的部分表面。结果在不规则表面光滑表(有轻微增加厚度大小)表明铜(II)离子的合适的交互活动网站的纳米复合材料。

3.1.2。XRD

准备Fe的x射线衍射模式₃O₄纳米粒子,共聚物,PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄被用于确认阶段(图2)。反射峰位置和相对强度的磁性纳米颗粒(基于)同意菲与x射线衍射模式₃O₄基于文献[35]。此外,铁的x射线衍射模式₃O₄基于和PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料具有相同的峰值位置,表明在纳米复合材料制备过程中菲的阶段₃O₄基于不会改变。

3.1.3。打赌

根据测量,铁的特定的表面区域₃O₄纳米颗粒、PGMA-MAn共聚物和PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料是86.711,8.233,和21.265米²分别/ g。显著减少的表面积PGMA-MAn / ABSAc@Fe做好准备₃O₄纳米复合材料确认尺寸增大铁₃O₄涂层过程中粒子改性共聚物和最后的交联。

3.1.4。傅立叶变换红外光谱

此外,PGMA-MAn / ABSAc@Fe做准备₃O₄证实了纳米复合材料红外光谱技术。ABSAc的傅立叶变换红外光谱、裸露的铁₃O₄,MNPs-NH₂、PGMA-MAn PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄一直在描绘人物吗3(一个)- - - - - -3 (e),分别。在图3(一个)吸收峰的780、1000、1150年,1230年,1260年,1470年和1600年被归因于c, S-OH,所以₃H、O = S = O、碳氮和C = C组,分别在ABSAc化合物。从图是清楚的3 (b),500 - 750厘米的高峰⁻¹属于菲₃O₄(28]。乐队出现在3210 - 3550厘米⁻¹和1019厘米⁻¹可以归因于哦组覆盖铁₃O₄纳米粒子。从图可以看出3 (c)在3209年和3330年,两座山峰的存在厘米⁻¹(NH的伸缩振动₂集团)证实了MNPs-NH的合成₂与终端胺组。Fe-O-Si吸附乐队出现约584厘米⁻¹布满了铁的Fe-O振动₃O₄纳米粒子。这个频谱与裸露的铁的显著差异₃O₄是乐队的出现在1085年,810年和480厘米吗⁻¹是由于弯曲振动的对称伸缩振动,分别和非对称伸缩振动Si-O-Si组。脂肪族CH的吸收峰₂出现在2923厘米⁻¹。数据之间的相似性3 (b)和3 (c)光谱明显证实apt已成功连着铁的表面₃O₄纳米粒子。

共聚物的光谱峰值观察到的范围2999 - 2874厘米⁻¹归因于不对称和对称的脂肪族碳氢键拉伸次甲基、亚甲基、和甲基(图3 (d))。C = O拉伸酯组(GMA相关部分)是观察到1730厘米⁻¹。酐C = O峰值出现带强度为1855和1783 cm⁻¹。在1256年达到顶峰,1150厘米⁻¹是由于。拉伸。环氧的C-O-C拉伸出现在910 - 848厘米⁻¹。的不对称和对称弯曲振动甲基1460−1340厘米⁻¹,分别。

在图3 (e),峰值约为3430 - 3455是归因于哦和NH伸缩振动。高峰在3198、1730、1705和1650厘米⁻¹被归结为酰胺组(h伸缩振动),C = O酯键,羧酸,分别在集团。此外,失踪的酸酐山峰清楚地显示了纳米复合材料的合成。在图3 (e)酯的峰(1730),O = S = O峰(1280),所以₃H (1240 - 1170), S-OH (990), c(820),和Fe-O(590厘米⁻¹)峰值表明成功地合成纳米复合材料。S = O组的伸展可以出现在1035和505厘米⁻¹与其他山峰重叠。也出现在峰值表明胺组ABSAc打开酐组。

3.1.5。EDX

的组件合成PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄由EDX分析,结果如图4的特征峰(b)。C, N, O, Si,铁,和S显示磁铁矿纳米颗粒被聚合物涂层矩阵。这种分析可以成功制备纳米复合材料的另一个证据。

元素映射分析(SEM-EDX)用于测定表面元素分布的纳米复合材料。这个分析是进行截面纳米复合材料珠,结果如图所示4(c)。这些图像显示一些元素的存在证实PGMA-MAn / ABSAc@Fe的合成₃O₄纳米复合材料。

3.1.6。扫描仪

隔离的磁性纳米颗粒吸附剂解决方案可能很容易通过使用磁铁,所以吸着剂的磁化能力是至关重要的。饱和磁化强度()值的铁₃O₄纳米粒子是63 emu / g。铁的表面₃O₄纳米颗粒与aminopropyltriethoxysilane涂布复合导致减少饱和磁化MNPs-NH的价值₂。修改后的饱和磁化强度值和基于纳米复合材料测定59和31 emu / g,分别与原始的纳米颗粒。图5显示了磁化曲线的函数垂直磁场对裸露的铁₃O₄、铁₃O₄nh₂和PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料在室温下。

改性纳米粒子和纳米复合材料曲线表现出较小的磁特性值比裸露的铁₃O₄纳米粒子提供的证据的形成铁硅烷化合物和聚合物矩阵₃O₄纳米粒子。自反磁性聚合物矩阵,它是合理的,顺内容的比例减少,导致低饱和度的时刻比裸露的铁₃O₄。众所周知,小矫顽力(Hc)和剩磁(先生)在缺乏外部磁场表示super-paramagnetic属性的材料(27]。因此,根据获得的结果,得出MNPs-NH₂纳米颗粒和PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料是super-paramagnetic。

合成纳米复合材料(羧基,所以₃H, nh₂组)被均匀分散在水溶液在没有磁场。进一步研究磁环境下磁性纳米复合材料的性能,获得的纳米复合材料在水中分散,深黑的色散。然后一块磁铁放在试管将纳米复合材料。纳米粒子完全聚合在大约20秒,小池壁和色散(图变得清晰和透明的6)。准备的纳米复合材料具有良好的磁特性和合适的官能团表明它可能可以申请任何类型的磁field-guided瞄准。

3.2。热重分析(TGA)

热重分析(TGA)被用来评估合成材料的热稳定性。图7演示了菲的TGA热分析图₃O₄纳米粒子,MNPs-NH₂、PGMA-MAn共聚物和PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料在氮气氛(从50°C到800°C的升温速率10°C /分钟)。如图7(一)裸露的铁₃O₄纳米颗粒显示约1.7%的减肥的温度在50到200°C,可以与物理吸附水的损失。减肥,1.4%在700 - 800°C,可以归因于热晶体相变铁₃O₄来γ菲₂O₃。对于MNPs-NH₂它可以观察到三个步骤发生(图7(一))。第一步在50 - 210°C有关水的损失。后者两个重量损失(210 - 300°C和300 - 800°C)是由分解的3-Aminopropyl triethoxysilane部分固定在铁₃O₄证实了铁硅烷化合物的反应₃O₄纳米粒子。

图7 (b)表明PGMA-MAn TGA的共聚物。在这个图有一个热的分解可以与整个分解共聚物(退化悬而未决的酯组(作),公司的损失₂和分解聚合物的主链)。

在PGMA-MAn / ABSAc@Fe TGA曲线₃O₄纳米复合材料(图7 (c)),物理和化学吸收水的减肥(7%)所示190°C。纳米复合材料的降解网络始于大约220°C和最终分解发生在450 - 610°C(减肥重要的约73%)。没有显著的体重从610年到800°C,这意味着只有铁的存在₃O₄。TGA也用于确定铁的重量百分比₃O₄纳米复合材料的珠子。结果表明,铁₃O₄纳米复合材料的内容珠子可以20 wt %。

3.3。不同参数的影响在铜(II)离子的吸附合成PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料

3.3.1。pH值

调整金属离子溶液的pH值具有显著影响PGMA-MAn / ABSAc@Fe的去除效率₃O₄作为金属离子吸附剂,因为在低pH值(低于4)氧和氮原子的质子化作用活跃活跃的站点的网站降低绑定能力对铜(II)离子。另一方面,在pH值高于7、铜(II)可能形成氢氧化物沉淀。图8(一个)演示试验溶液的pH值的影响吸附的铜(II) PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料在pH值2 - 7日。很明显,从图8有显著增加铜(II)离子的去除效率随着pH值从2到6的测试解决方案。在pH值高于6,铜(II)的去除效率价值大约是常数。达到最佳的去除效率,防止风险的氢氧化物沉淀铜(II)离子,在随后的实验中,pH值6被选为最优值的铜(II)。解决方案的pH值调整使用醋酸/醋酸钠缓冲。

3.3.2。金属离子浓度

的有效吸附和吸附是一个必要的因素取决于金属离子的初始浓度12]。铜(II)的去除百分比PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄在不同浓度(1−25 mg / L),保持所有其他因素不变,是显示在图8 (b)。通过增加金属离子浓度去除金属离子的百分比增加了10 mg / L。在金属离子的浓度进一步增加伴随着去除百分比减少,这种现象可能是由于饱和吸附官能团的网站吸附剂与铜(II)离子浓度更高。

3.3.3。搅拌速度

搅拌速度的影响也在室温下进行。如图9(一个)观察,通过增加搅拌速度从50到300 rpm,除最大比例的铜(II)离子获得高达150 rpm。因此,在搅拌速度之间的100和150 rpm,得到最大吸附去除铜(II)的99%。这个结果是由于这样的事实,可以增加搅拌速度增强扩散的金属离子吸附剂的表面,还导致减少边界层的电影在吸附剂。

3.3.4。摇晃的时间

震动时间的重要性来自于需要识别的可能快绑定和研究了金属离子的清除过程合成吸附剂和获得最优时间完成目标金属离子的去除。接触时间对铜(II)的影响由PGMA-MAn / ABSAc@Fe离子去除₃O₄研究了接触时间的变化(1到60分钟)为常数初始浓度(10 mg / L)。图9 (b)显示了铜的去除百分比(ΙΙ)离子接触时间的函数。结果表明,振动时间的15分钟就足够完成去除金属离子从50毫升溶液浓度50 mg / L的铜(II)离子。在第一个15分钟被吸附物的快速去除接触占了99%的总吸附(49.51毫克/克)在平衡吸附容量(毫克/克)。制备磁性纳米复合材料的吸附容量的(2)如下: 在哪里和是金属离子的初始和平衡浓度(毫克/升)在初始和平衡时间,分别;和是解决方案的体积(左)和吸附剂的重量(g),分别。活动网站的丰富的可用性的纳米复合材料可原因快速阶段,而吸附与逐渐变得不那么有效占用这些活跃的网站,在较慢的阶段。离子吸附的铜(II)发现相称的接触时间均衡实现,之后,它独立于时间,因为吸附和解吸率将相同的平衡。这种相对的快速吸附铜(II)在制备纳米复合材料可能反映了高易访问性的金属离子的离子交换网站PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄。

3.3.5。吸附剂剂量

吸附剂的量是非常重要的参数,它决定了金属离子吸附的程度,可能用于定义吸附剂的成本单位体积溶液治疗(28]。铜(II)离子的去除百分比是调查作为吸附剂用量的函数,结果如图所示9 (c)。从实验数据可以推断的吸附铜(II)吸附剂的量的增加而增加。这增加吸附可能是由于存在更多的结合位点吸附剂表面的形成与铜(II)配合物。可能从这些结果,推导出较低的吸附剂用量(低于10毫克),金属离子的竞争吸附官能团在限制吸附网站。通过增加数量的吸附剂,吸附网站的可用性缓解导致去除金属离子的比例更大。然而进一步提高吸附剂的质量并没有导致足够的吸附能力的增强为这些金属离子制备纳米复合材料。然而,纳米复合材料的最优数量进一步吸附实验被选为10毫克,由于最大吸附发生10毫克的吸附剂和进一步提高吸附剂用量减少了影响铜(II)。这可能表明,吸附铜(II)的发生主要与活跃的站点在样品的表面。

3.4。调查Nanocomposite-Cu (II)通过红外光谱和EDX分析复杂

红外光谱和EDX技术可用于确认合成螯合吸附过程的纳米复合材料。傅立叶变换红外光谱被用来表征纳米复合材料金属配合物由于频率的特征组修改聚合物吸收的金属离子络合,转移或缺少某些乐队出现在配体开始,和新乐队的存在被观察到。因此,第一个信息造成的结构性变化获得了螯合树脂的络合铜(II)是由傅立叶变换红外光谱。

转移自由羰基红外吸收带的债券(C = O)羧酸酯和酰胺组可观察到的红外光谱。在图10我(a和b)看来,由于螯合铜(II)离子纳米复合材料、各种羰基化合物的吸收峰(酯和组)相互重叠,和广泛的峰值出现在1735 - 1650厘米⁻¹。螯合过程后,红外光谱显示,氮离子对结果的合并(酸和酰胺)在这个过程中,酸和氨基化合物的羰基吸收红外光谱的吸收峰蓝移。吸收乐队在1176、1123和1011厘米⁻¹有关O = S = O、c,和S-OH分别螯合后没有变化。同时,芳香的吸收光谱特征矩阵的部分不受金属络合作用的影响。

谱技术被用来解释铜(II)的机制在螯合吸附磁性纳米复合材料。在图10——(一)、铜(II)的新高峰在光谱表明,这种金属离子加载在制备纳米复合材料。这个结果证实存在铜(II)表面的金属离子吸附剂。元素的映射分析表明铜(II)的存在离子吸附剂,可以看到在图10——(b)。交互PGMA-MAn / ABSAc@Fe拟议的机制₃O₄纳米复合材料与铜(II)离子所示方案5。等有电子供体原子氧和氮吸附网站的合成纳米复合材料与金属离子相互作用。可以说,电子的HOMO轨道(供体原子)可以来LUMO轨道受主原子(金属离子)。在这一过程的结果可以形成复杂的金属纳米复合材料。

3.5。平衡分配系数的确定,

调查金属阳离子迁移的吸附剂,值可以作为一个有价值的工具。高值的分布系数,,表明,保留了金属离子与固相吸附剂,而低的值,显示,很大一部分金属仍在方案阶段。分布系数计算使用休闲方程[36]。(在单位的mL / g)是一个简单的质量加权固相之间的分配系数和液体上层清液阶段如下: 在哪里解决方案(mL)的体积和吸附剂的重量(克)。初始和最终的铜(II)离子浓度的解决方案通过原子吸收光谱法测定。表1显示了值单一金属离子的吸附。在铜(II)离子的去除PGMA-MAn / ABSAc@Fe₃O₄纳米复合材料,结果表明,价值大约是高证明保留了金属离子吸附剂。

3.6。解吸研究

潜在的实际应用,吸附剂的再生和重用是重要的。pH值的研究,确定吸附铜离子的合成纳米复合材料测试在pH值< 2.0是微不足道的15%左右。这表明,铜离子的解吸磁性吸附剂是可能在pH值低于2。盐酸解吸过程的调查,解决方案不同的pH值(1、1.5和2)。在图11可以看出解吸百分数是91年,85年和69%盐酸溶液的pH值的合成纳米复合材料1,1.5,分别和2。解吸效率越高pH值1可以称为氢离子浓度足够高,导致活性中心的强大的竞争吸附和质子化作用。这种纳米复合材料的效率决定adsorption-desorption过程三倍(达到81%)。

3.7。比较与其他吸附剂

比较信息去除铜(II)与其他结果发表在表2。比较结果表明,制备吸附剂的去除效率是相当或更高,在某些情况下,比大多数吸附剂报道在表2。此外,它是指出,金属所需的接触时间使用这个吸附剂吸附很短和吸附平衡在几分钟内达到离子物种。

4所示。结论

在这项研究中,一种新的磁性螯合吸附剂制备使用反应活性PGMA-MAn共聚物,ABSAc MNPs-NH₂,1,2-ethanedithiol。合成材料的特点是ir、SEM、EDX、XRD、打赌,TGA, VSM。铜(II)的吸附能力磁性螯合吸附剂进行了研究。结果可以总结如下:(我)结果从TGA和裸露的铁的特点₃O₄前后涂层明显表明,涂层过程已成功执行。(2)红外光谱、SEM和EDX分析都显示成功合成磁性纳米复合材料。(3)铜(II)吸附率被发现是非常快速和平衡可以在15分钟之内实现。(iv)PGMA-MAn-ABSAc /铁₃O₄nh₂纳米复合材料可用于去除铜(II)离子通过吸附在pH值6通过解吸再生时pH值1。(v)最大吸附百分比获得在5和6之间的pH值。(vi)结果显示,快速和有效支持吸附法去除铜(II)离子。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢Azita Hoseinzadeh Urmia水和废水的社会人士Akhgari在Urmia大学分析化学。作者感谢伊朗聚合物和石化研究所鉴定分析。

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