一種用于選擇性吸附廢水中鉛離子的SiO2@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于選擇性吸附廢水中鉛離子的SiO2@PDA@ZIF?8復(fù)合吸附劑及其制備方法，屬于硅膠復(fù)合吸附劑的合成技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)為：將活化硅膠加入到溶解有多巴胺鹽酸鹽的Tris?HCl緩沖溶液中得到多巴胺改性硅膠SiO2@PDA；將六水硝酸鋅的甲醇溶液加入到2?甲基咪唑和甲酸鈉的甲醇溶液中，再加入多巴胺改性硅膠SiO2@PDA，于85℃攪拌反應(yīng)制得SiO2@PDA@ZIF?8復(fù)合吸附劑。本發(fā)明制備過程合成步驟較少，工藝可靠，制得的SiO2@PDA@ZIF?8復(fù)合吸附劑對(duì)鉛離子的吸附量大，抗干擾能力強(qiáng)，能夠用于選擇性吸附廢水中的鉛離子。
【專利說明】
_種用于選擇性吸附廢水中鉛離子的s i 〇2@PDA@Z IF-8復(fù)合吸 附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于硅膠復(fù)合吸附劑的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于選擇性吸附廢水 中鉛離子的Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉛屬于水中優(yōu)先控制污染物，含鉛廢水來源廣泛，從而對(duì)人體的健康構(gòu)成潛在威 脅。目前，去除水中鉛的方法有離子交換法、化學(xué)沉淀法和吸附法等。其中，吸附法因其具有 操作簡便和高效等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理中已經(jīng)廣泛應(yīng)用。然而，吸附法的關(guān)鍵在于開發(fā)對(duì)鉛吸 附量高、選擇性強(qiáng)的材料作為吸附劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種鉛離子吸附量高且選擇性較強(qiáng)的用于選擇 性吸附廢水中鉛離子的Si02@PDA@ZIF_8復(fù)合吸附劑及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種用于選擇性吸附廢水中鉛 離子的Si02@PDA@ZIF_8復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于:首先將活化硅膠加入到溶解 有多巴胺鹽酸鹽的Tris-HCl緩沖溶液中得到多巴胺改性硅膠Si〇2@PDA;然后將六水硝酸鋅 的甲醇溶液加入到2-甲基咪唑和甲酸鈉的甲醇溶液中，再加入多巴胺改性硅膠Si0 2@PDA， 于85°C攪拌反應(yīng)制得Si〇2@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑。
[0005] 本發(fā)明所述的用于選擇性吸附廢水中鉛離子的Si02@PDA@ZIF_8復(fù)合吸附劑的制 備方法，其特征在于具體步驟為： 步驟（1)，多巴胺改性硅膠Si〇2@PDA的合成，將400mg多巴胺鹽酸鹽溶于200mL pH值為 8.5的作4-11(：1緩沖溶液中，再加入20〇1^活化硅膠，室溫下磁力攪拌2011，離心分離并用乙 醇多次洗滌后于50 °C真空干燥12h得到多巴胺改性硅膠Si02@PDA; 步驟(2)，Si〇2@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑的合成，將3.522g六水硝酸鋅溶于100mL甲醇溶 液中，再將1.944g 2-甲基咪唑和0.804g甲醇鈉溶于50mL甲醇溶液中，然后將六水硝酸鋅的 甲醇溶液加入到2-甲基咪唑和甲酸鈉的甲醇溶液中，再加入200mg步驟（1)得到的多巴胺改 性硅膠Si0 2@PDA，于85°C磁力攪拌反應(yīng)24h，反應(yīng)完全后靜置分層，傾倒上層溶液，再用甲醇 洗滌三次，于25 °C真空干燥12h得到Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑。
[0006] 本發(fā)明所述的用于選擇性吸附廢水中鉛離子的Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑，其特 征在于按照上述方法制備得到。
[0007] 本發(fā)明所述的用于選擇性吸附廢水中鉛離子的S i 02@PDA@Z IF-8復(fù)合吸附劑的應(yīng) 用，其特征在于具體過程為：在50mL鉛離子質(zhì)量濃度為50-120yg/mL的廢水中加入20mg Si0 2@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑，于30 °C達(dá)到吸附平衡，廢水中鉛離子的吸附率達(dá)到91%以上。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：Si〇2@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑的制備過 程合成步驟較少，工藝可靠，制得的Si0 2@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑對(duì)鉛離子的吸附量大，抗干 擾能力強(qiáng)，能夠用于選擇性吸附廢水中的鉛離子。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的多巴胺改性硅膠SiO#PDA的紅外光譜圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑的紅外光譜圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制得的Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑和ZIF-8的XRD圖譜； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制得的多巴胺改性硅膠S i 0#PDA的SEM圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1制得的S i 02@PDA@Z IF-8復(fù)合吸附劑的SEM圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例3中鉛離子濃度對(duì)S i 02@PDA@Z IF-8復(fù)合吸附劑的吸附率影響曲線； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例4中時(shí)間對(duì)S i 02@PDA@Z IF-8復(fù)合吸附劑的吸附率影響曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本 發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā) 明的范圍。
[0011] 實(shí)施例1 用于選擇性吸附廢水中鉛離子的Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑的合成 1、 將400mg多巴胺鹽酸鹽溶于200mL pH值為8.5的Tris-HCl緩沖溶液中，再加入200mg 活化硅膠，室溫下磁力攪拌20h，離心分離并用乙醇多次洗滌后于50°C真空干燥12h得到多 巴胺改性硅膠Si02@PDA; 2、 將3.522g六水硝酸鋅溶于100mL甲醇溶液中，再將1.944g 2-甲基咪唑和0.804g甲醇 鈉溶于50mL甲醇溶液中，然后將六水硝酸鋅的甲醇溶液加入到2-甲基咪唑和甲酸鈉的甲醇 溶液中，再加入200mg多巴胺改性硅膠Si0 2@PDA，于85°C磁力攪拌反應(yīng)24h，反應(yīng)完全后靜置 分層，傾倒上層溶液，再用甲醇洗滌三次，于25°C真空干燥12h得到Si0 2@PDA@ZIF-8復(fù)合吸 附劑。
[0012] 圖1為本實(shí)施例合成的多巴胺改性硅膠Si〇2@PDA的紅外光譜圖，圖中1508CHT1和 1605CHT 1處的吸收峰證明多巴胺改性硅膠成功。
[0013] 圖2為本實(shí)施例合成的Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑的紅外光譜圖，圖中3135cm- 1和 2930CHT1處的吸收峰證明ZIF-8成功修飾硅膠。
[0014] 圖3分別為本實(shí)施例合成的Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑和ZIF-8的XRD圖譜，圖中 Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑與ZIF-8的XRD譜圖一致，這表明兩者具有一致的晶體結(jié)構(gòu)，通 過聚多巴胺實(shí)現(xiàn)ZIF-8修飾硅膠，ZIF-8的晶體結(jié)構(gòu)并沒有破壞。
[0015]圖4為本實(shí)施例合成的多巴胺改性硅膠Si02@PDA的SEM圖，圖5為本實(shí)施例合成的 Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑的SEM圖，由圖可知其形貌明顯不同，進(jìn)而證明ZIF-8成功修飾 硅膠。
[0016] 實(shí)施例2 干擾實(shí)驗(yàn) Pb2+和共存金屬離子濃度均為 100yg/mL，分別模擬?132+-(：112+，？132+-〇1 2+，？132+，112+，？132+-Mg2+，Pb 2+-Co2+，Pb2+-Zn2+等鉛與其它金屬共存體系，在溶液50mL，20mg Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合 吸附劑，30°C、160r/min的條件下振蕩吸附7h，結(jié)果如表1所示，常見金屬離子如Cu2+、Cd2+、 皿112+、1%2+、(：〇2+、2112+等對(duì)310 2網(wǎng)^@21?-8復(fù)合吸附劑吸附？132+幾乎沒有干擾，而且除對(duì)〇12+ 的吸附量為153mg/g外，Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑幾乎不吸附0(12+111 2+、1%2+、(：〇2+、2112+等 其它共存金屬離子。
[0017] 表1干擾試驗(yàn)結(jié)果 實(shí)施例3
初始濃度對(duì)S i 02@PDA@Z IF-8復(fù)合吸附劑吸附率的影響 50mL含Pb2+溶液，20mg Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑，30°C、160r/min的條件下振蕩吸 附，不同Pb2+初始濃度對(duì)其去除率的影響。如圖6所示，在50-120yg/mL濃度范圍內(nèi)，鉛離子的 吸附去除率均在91%以上，表明Si0 2@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑適合吸附去除低濃度含鉛廢水。
[0018] 實(shí)施例4 時(shí)間對(duì)S i 02@PDA@Z IF-8復(fù)合吸附劑吸附率的影響 50mL含Pb2+溶液，20mg Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑，30°C、160r/min的條件下振蕩吸 附。由圖7可知，在低濃度50iig/mL的條件下，60min吸附達(dá)到平衡。
[0019] 以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該 了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原 理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入 本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于選擇性吸附廢水中鉛離子的Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑的制備方法，其特 征在于:首先將活化硅膠加入到溶解有多巴胺鹽酸鹽的Tris-HCl緩沖溶液中得到多巴胺改 性硅膠SiO 2OPDA;然后將六水硝酸鋅的甲醇溶液加入到2-甲基咪唑和甲酸鈉的甲醇溶液 中，再加入多巴胺改性硅膠SiO 2OPDA,于85°C攪拌反應(yīng)制得Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于選擇性吸附廢水中鉛離子的S i02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑 的制備方法，其特征在于具體步驟為： 步驟（1)，多巴胺改性硅膠SiO2OPDA的合成，將400mg多巴胺鹽酸鹽溶于200mL pH值為 8.5的Tris-HCl緩沖溶液中，再加入200mg活化硅膠，室溫下磁力攪拌20h，離心分離并用乙 醇多次洗滌后于50 °C真空干燥12h得到多巴胺改性硅膠SiO2OPDA; 步驟(2)，Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑的合成，將3.522g六水硝酸鋅溶于IOOmL甲醇溶液 中，再將1.944g 2-甲基咪唑和0.804g甲醇鈉溶于50mL甲醇溶液中，然后將六水硝酸鋅的甲 醇溶液加入到2-甲基咪唑和甲酸鈉的甲醇溶液中，再加入200mg步驟（1)得到的多巴胺改性 硅膠SiO 2OPDA，于85 °C磁力攪拌反應(yīng)24h，反應(yīng)完全后靜置分層，傾倒上層溶液，再用甲醇洗 滌三次，于25 °C真空干燥12h得到Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑。3. -種用于選擇性吸附廢水中鉛離子的SiO2OPDAOZIF-S復(fù)合吸附劑，其特征在于按照 權(quán)利要求1或2所述的方法制備得到。4. 權(quán)利要求3所述的用于選擇性吸附廢水中鉛離子的Si02@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑的應(yīng) 用，其特征在于具體過程為：在50mL鉛離子質(zhì)量濃度為50-120yg/mL的廢水中加入20mg Si0 2@PDA@ZIF-8復(fù)合吸附劑，于30 °C達(dá)到吸附平衡，廢水中鉛離子的吸附率達(dá)到91%以上。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK105879841SQ201610371682
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】王治科, 陳凌云, 陳海天, 葉存玲, 范順利, 李倩霞, 段亞云, 劉菲
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)