沸石咪唑酯骨架材料(zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)是由一种具有沸石拓扑结构的新材料,是一种同时包含微孔和介孔或大孔的多孔结构的新型材料[1],这样的结构不但能够有效克服传质阻力,加速分子扩散,同时较小的微孔提供高比表面积、高孔隙率,从而达到催化、吸附等应用要求[2]。

Zif-8(zeoliti cimidazolate frameworks-8)作为ZIFs材料的典型代表是以Zn为中央金属原子,并同4个2一甲基咪唑有机物连接体相连,形成了具有6个四元环、8个六元环的结构,通过拓扑作用形成了空间大分子网络结构[3],由Zif-8材料所制备的吸附剂在吸附领域有良好的应用前景[4]。

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随着我国国民经济不断发展,工业化程度加剧,局部地区出现了水源污染严重等现象。其中重金属离子污染成为近年来学者关注的热点。ZIFs材料借助材料自身的憎水性能和化学稳定性能得到了绿色化学研究者的关注。当前阶段,Zif-8材料具有的良好的光催化性能和其吸附容量的优越性让其在水污染物的处理方面进入研究热点[5]。本文以Zif-8材料为代表,探究了在不同操作条件下,Zif-8材料作为吸附剂的表现,以期为ZIFs材料应用于实际污染水体的处理提供理论支撑。

1 实 验

在解决污水中重金属离子的研究中,吸附法具有操作简、高效、节能、吸附剂可循环利用、环保等优[6]。而吸附法受到包括酸度、环境温度、接触时间、金属污染物浓度、吸附剂投加量等多种因素的影响,我们将初步探讨Zif-8材料对于重金属离子的吸附的环境条件。

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1.1 pH值的影响

准确称取5组Zif-8材料0.2 g,置5个烧杯中,量取20 mL的各阶段不同pH值的Pb2+溶液,加入含Zif-8材料烧杯中,振荡吸附60 min后离心分离,取上层清液,减压抽滤后收集滤液。利用原子吸收分光光度计测定吸附前和吸附后Pb2+的浓度。

实验使用Zif-8材料由采用搅拌法制得,是利用硝酸锌甲醇溶液和2一甲基咪唑甲醇溶液,在常温常压下搅拌,分离提纯后得到Zif-8晶体。

1.2 环境温度的影响

准确称取4组Zif-8材料0.2 g,置于不同烧杯中,在各个烧杯中加入20 mL Pb(NO3)2溶液,分别放置在不同温度的水浴中,振荡吸附60 min后离心分离,取上层清液,减压抽滤后收集滤液。使用原子吸收分光光度计测定吸附前和吸附后Pb2+的浓度。

1.3 吸附剂用量的影响

pH值能够对Zif-8材料表面的结合位点的分布造成影响,以及对污染物在水中存在状态产生影响,从而对整个吸附效果产生影响[7]。pH值是研究Zif-8材料对Pb2+吸附量的一个重要参数[8]。图1是根据Zif-8材料对Pb2+的吸附效率随溶液pH值的变化的实验数据得到。根据图1数据可见,溶液的pH值较低时,Zif-8材料对Pb2+是有着比较低的吸附率。结果表明,pH＜3时,由于氢离子竞争作用的结果,各离子的去除率明显下降；当实验将pH值从5.8逐步升高至7.6时,既从弱酸到中性条件时,Zif-8材料对Pb2+的吸附率有着较为明显的增幅,而在将pH值继续升高超过8.0之后,Pb2+吸附反而会受到影响开始降低,所以从实验看来选择pH值为中性范围可以得到较为理想的吸附率。

在对Zif-8材料吸附效果产生影响的另外一个因素就是环境温度[3]。按照热力学理论,当面临的吸附过程是吸热反应,那么要得到较高的吸附率就需要较高的温度,反之当整个吸附过程是放热反应,则降低温度才能得到较好的吸附率。图2是根据Zif-8材料在不同的环境温度下对Pb2+的吸附率的变化的实验数据所得。结果显示,当环境温度接近室温或者稍高于室温,即处于20～45℃之时,Zif-8材料对Pb2+的吸附率随着环境温度的升高而升高。按照分子动力学理论,当环境温度升高,金属离子的动能增大,其运动到吸附剂表面的概率增大,被吸附的可能性也增大。同时,实验也观察到,当环境温度增大到45℃后,吸附效率反而持续下降。推论相关原因可能是由于当吸附量达到一定值之后,环境温度的增加,Zif-8材料表面吸附的Pb2+离子反而脱附速率增大,脱附速度大于吸附速度,使得吸附率降低。

2 结果与讨论

2.1 pH的影响

量取5组20 mL Pb(NO3)2溶液,向其中分别加入不同剂量的Zif-8材料,水浴振荡吸附60 min后离心分离,取上层清液,减压抽滤后收集滤液。使用原子吸收分光光度计测定吸附前和吸附后Pb2+的浓度。

  

图1 pH对Pb2+吸附效率的影响Fig.1 Effect of pH on adsorption efficiency

2.2 温度的影响

7.优化资源，提供人力资源保障。目前由于风险管理审计刚刚起步，相关的政策法律法规正趋于完善，工作也还在探讨摸索中。这就要求内审人员要不断增强业务技能，创新工作能力。首先，要加强审计人员的职业道德教育，增强审计人员的责任感和使命感，树立廉洁勤政的观念；其次，要顺畅审计人员成长通道，构建人力资源发展战略，更好地开拓企业风险管理审计的新局面，为企业健康有序发展保驾护航。

1.人们未能从经济效益最大的价值角度来认识商品包装，整个包装活动缺乏完善、健全的设计规范，未能形成完善的约束机制和监督体系。很多企业缺乏完善、科学的设计思维，存在过于重视设计、一味堆积元素等问题，这影响了当前包装设计的实用价值。

  

图2 环境温度对Pb2+离子吸附率的影响Fig.2 Effect of temperature on adsorption efficiency

2.3 吸附剂用量的影响

图2 是由实验数据的到的Zif-8材料吸附剂的用量对Pb2+吸附效果影响。由实验数据可得,当增加Zif-8材料用量的时候,Pb2+的吸附率是呈现出一种升高的趋势,当吸附剂的用量为12 g/L的时候,可以得到一个较高的吸附率,数值达到93.5%,基本上达到饱和状态,之后,再增加吸附剂用量,吸附率缓慢增加,但产出投入比降低。

  

图3 吸附剂使用量对Pb2+离子吸附效的影响Fig.3 Effect of adsorbent dosage on adsorption efficiency

2.4 其他影响因素

吸附时间的影响,Zif-8材料对Pb2+的吸附,在吸附初期吸附速度快速增加,达到最大[9]。探讨原因在于吸附开始的时候材料的吸附位点相对较多且金属离子含量较大,整体条件是有利于吸附进行。随着吸附时间的变化,Zif-8材料的吸附位点已经被占据,金属离子含量减小,这个时候吸附率变得稳定,变化不明显。此外,金属污染物的浓度对吸附效果同样有着重要的影响,吸附率随金属污染物含量的增大而缓慢增加[3]。

3 结 论

通过实验发现,Zif-8材料在中性条件下,水温在20～45℃ 间,用量为12 g/L左右时吸附去除水中重金属离子污染物有良好的作用。在今后的研究中,应致力于ZIFs材料改性方法,对于ZIFs材料与目标污染物的作用机理的研究和降低ZIFs材料生产成本,使得ZIFs材料能在环境污染治理具有重要的理论和实际意义。

参考文献

[1] 刘漫,鲁晓明.美国沸石咪唑酯骨架结构材料的研究进展[J].化工进展,2008(6):81-84.

[2] 王天龙,张燕.类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的研究进展[J].化工进展,2015(11):3959-3964.

[3] 范功端,林茹晶.沸石咪唑酯骨架材料用于水中污染物的去除[J].化学进展,2016(12):1753-1761.

[4] 周丽.沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8的合成研究进展[J].四川化工,2015(4):15-17.

[5] 冯丹,隗翠香.功能化金属有机骨架材料去除饮用水污染物的研究进展[J].色谱,2017(3):237-244.

[6] 施周,邓林.水中重金属离子吸附材料的研究现状与发展趋势[J].建筑科学与工程学报,2017(5):21-30.

[7] 李小娟,何长发.金属有机骨架材料吸附去除环境污染物的进展[J].化工进展,2016(2):586-594.

[8] 童敏曼,赵旭东.金属一有机骨架材料用于废水处理[J].化学进展,2012(9):1646-1655.

[9] 周伟男,陈银广.金属有机骨架材料在环境工程领域的应用进展[J].环境污染与防治,2016(12):96-102.