Page 81 - 《精细化工》2021年第9期

第 9 期 曾湘楚，等: 希夫碱改性 Fe 3 O 4 杂化材料的制备与表征 ·1795·

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而增加，pH=6 时达到最大值。吸附剂吸附 Hg 的 由图 7 可知，Fe 3 O 4 @SiO 2 -S 2 对 Hg 比对其他
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性能主要由吸附剂表面吸附位点所决定，也就是表 重金属离子具有更好的吸附性，分别比 Pb 、Cu 、
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面的活性官能团（—NH 2 和—N==C—），在水溶液 Co 、Ni 、Mn 、Al 高 1.90、2.30、3.29、3.07、
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中，吸附过程可以理解为 Lewis 酸（Hg 、H 3 O ） 5.67 和 5.39 倍。同样，Cd 、Pt 、Hg 、Ag 等也
对 Lewis 碱（—NH 2 或—N==CH—）的竞争过程。 属于软酸，含希夫碱基团的吸附剂对它们也有良好
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当在低 pH 时，水溶液存在的 H 3 O 远远超过 Hg 的 的吸附性能 [18-19] 。但是，Pb 、Cu 、Co 、Ni 、
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数量，吸附剂表面活性位点大部分被 H 3 O 所覆盖而 Mn 、Al 却属于交界酸或硬酸与 N==C 的亲和力
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质子化变成—NH 3 或—CH==NH —，导致吸附剂的 不如 Hg 。
吸附量受限制。当在高 pH 时，水溶液存在的 H 3 O + 2.8 吸附剂的再生性
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大大降低，OH 增多，吸附剂的活性位点（—NH 2 按 1.6 节方法，考察磁性杂化材料 Fe 3 O 4 @SiO 2 -
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或—N==CH—）去质子化，吸附剂表面开始带负电 S 2 对 Hg 的吸附再生性能，结果如图 8 所示。
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荷，从而有助于 Hg 的吸附。当 pH 高于 6 后，溶
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液中大量 OH 会导致 Hg 的沉淀。综上所述，最佳
pH 为 6，既能达到最佳吸附效果又不产生 Hg(OH) 2
沉淀物。

图 8 吸附剂的再生性
Fig. 8 Regeneration property of the adsorbent

由图 8 可知，第 1 次循环后吸附剂的解吸率为

图 6 pH 对 Fe 3 O 4 @SiO 2 -NH 2 和 Fe 3 O 4 @SiO 2 -S 2 吸附性能 99.03%，第 3 次循环后解吸率为 96.48%，解吸率随
的影响 着循环次数增加而呈现降低的趋势；经过 5 次吸附-
Fig. 6 Effect of pH on adsorption property of Fe 3 O 4 @SiO 2 - 解吸，吸附剂的解吸率仍保持在 89%以上，表明制
NH 2 and Fe 3 O 4 @SiO 2 -S 2
备的磁性纳米吸附材料具有良好的循环再利用性。
2.7 吸附剂的选择吸附性 含有硫脲的硝酸溶液对吸附材料解吸的主要原因是
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分别配制 Hg 、Pb 、Cu 、Co 、Ni 、Mn 、 在酸性条件下功能基团的质子化（—CH==NH —），
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Al 质量浓度均为 800 mg/L 的水溶液，取 100 mL 使吸附材料表面大量吸附位点被 H 3 O 占据，导致
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置于烧杯中，用盐酸调节 pH=6，加入 200 mg Fe 3 O 4 @ Hg 的吸附位点减少，达到洗脱解吸的目的 [22] ；其
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SiO 2 -S 2 吸附剂，在吸附时间 6 h，吸附温度 30 ℃的 次，硫脲也会参与同吸附剂对 Hg 的吸附竞争，强
条件下，测定 Fe 3 O 4 @SiO 2 -S 2 对各种重金属离子的 化解吸过程。
选择吸附性，结果如图 7 所示。 2.9 吸附时间对吸附性能的影响
配制质量浓度分别为 400 和 800 mg/L 的 Hg 2+
水溶液，用浓度为 0.1 mol/L 的 HCl 溶液调节 pH=6，
取 50 mL，加入 50 mg 吸附剂，45 ℃下静置吸附，
用 1.4 节方法测定吸附时间对吸附性能的影响，结
果如图 9 所示。
由图 9 可知，在 0~120 min 时，Fe 3 O 4 @SiO 2 -S 2
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对 Hg 进行快速吸附，之后吸附速率逐渐变缓，
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300 min 左右时达到吸附平衡。当 Hg 质量浓度分
别为 400 和 800 mg/L 时，平衡吸附量分别为 162 和

图 7 吸附剂的选择吸附性 322 mg/g。吸附过程的实质是一个吸附-解吸同时存
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Fig. 7 Selective adsorption of the adsorbent 在的动态过程，当 Fe 3 O 4 @SiO 2 -S 2 对 Hg 的吸附速