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磷酸锆有毒吗(磷酸锆的用途)

导语:磷酸锆吸附-无害化处理重金属污染

磷酸锆修饰电极进行重金属离子的吸附与检测实验方法硝酸铅 [Pb(N03)2]作为Pb2+的来源。实验所用吸附剂(ZrP)均为50 mg。所有的吸附实验均在室温条件下与150 mL的锥形瓶中进行。100 mL的NaAc-HAc (pH 4.0)溶液中混有不同浓度的金属离子。为了使吸附达到平衡,溶液在摇床中震荡24 h。其固相和液相经10000 rpm下离心6 min得以分离,用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP)检测上层清液中金属离子的浓度,并将离心所得固体在真空干燥箱中,65℃ 条件下干燥用于XPS分析。整个实验过程中,用0.1 M NaAc和HAc溶液来调节体系的pH始终维持在4.0。吸附试验在常温常压下进行。

层状磷酸锆(ZrP)选择性电化学检测Pb2+的示意图及吸附或未吸附重金属离子的几何结构

经ZrP吸附的Pb2+扩散至电极表面并在一定电位下还原为Pb,随后经阳极溶出将其再氧化为Pb2+,通过Pb2+的溶出峰电流可测定定量吸附的Pb2+。在诸多常见金属离子当中,如Zn2+,cd2+,Pb2+,Cu2+’,Hg2+基于Pb2+与剥层ZrP的较强的结合作用,我们认为剥层ZrP这一修饰材料可优先吸附Pb2+,继而在诸多金属离子中实现对pb2+的选择性检测。

层状α-ZrP(α-磷酸锆)的剥离过程示意图

大分子客体(四甲基氢氧化铵水溶液)TMAOH克服α-ZrP层与层之间的相互作用力,插层进入主体材料层板之间,使α-ZrP层间距增大,经搅拌超声后层与层被迫分离得到分离的单体ZrP片层的过程。由于α-ZrP的层板与层间含有大量的活性基团P-OH,该基团在水溶液中容易质子化后脱去质子H使得层板表面带负电荷;大分子的TMA+端基带正电荷,因此,正负电荷之间的静电作用力使TMA+进入层板之间,层间距增大,超声处理后层与层之间分离,每一个片层都成为了一个独立的个体。吸附能力的比较剥离的单层磷酸锆(ZrP)在pH=4.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液中对金属离子Pb2+,cd2+,Cu2+,Zn2+,Hg2+吸附能力的强弱。(50 mg的吸附剂磷酸锆加入到100 mL分别含有0.25,0.5,1.0 mM的金属离子溶液中。)

ZrP材料对五种金属离子都表现出了很好的吸附能力,其中,对Pb2+,的吸附容量明显高于其它四种金属离子,即剥离之后的单层ZrP材料在电化学检测的实验条件下对Pb2+,依然表现出了良好的选择性吸附的能力。如下图所示

在所示的总图谱中,ZrP材料中的本征元素O,C,Zr,P分别在电子能为532,284,183及134 eV处出现了特征峰,对应于Ols,Cls,Zr3d和P2p轨道的能量值。除此之外,吸附后的材料中分别表现出了不同程度强弱的金属元素Pb,Cd,Cu,Hg,Zn的特征峰,说明ZrP材料对五种金属离子都有吸附作用。其中,Pb的特征峰信号非常明显,其它几种金属元素的特征峰信号比较微弱,但依然是可以被探测的到的,由此进一步验证了ZrP材料对Pb2+,有较强的吸附选择性。结论磷酸锆(ZrP)对金属离子的选择性响应起源于它们之间的选择性的吸附作用。

磷酸锆(ZrP)之所以对铅(Pb2+),表现出了较强的吸附能力,由于吸附完成后,磷酸锆与Pb原子发生了内部络合作用,而吸附其它几种金属离子则主要是由于静电吸引作用力,显然,络合作用力要明显强于单纯的静电作用;另一方面,磷酸锆是一种阳离子型的离子交换剂,一般情况下,具有较低水合能的二价金属离子更容易被吸附到阳离子交换剂上,在几种金属离子中,Pb2+,具有较低的水合能,因此更容易与磷酸锆发生反应,这也可能是对金属离子具有选择性作用的一个原因

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