改性ATP對(duì)銀離子的吸附性能

楊嵐?jié)?，宋偉?qiáng)，吳龍超

(河南工業(yè)大學(xué) 材料學(xué)院，河南 鄭州 450000)

改性ATP對(duì)銀離子的吸附性能

楊嵐?jié)?，宋偉?qiáng)，吳龍超

(河南工業(yè)大學(xué) 材料學(xué)院，河南 鄭州 450000)

三聚磷酸二氫鋁(ATP)對(duì)一價(jià)正離子有吸附性。實(shí)驗(yàn)考察了吸附劑用量、pH值、輻照量對(duì)吸附銀離子的影響。結(jié)果表明：提高吸附劑用量不會(huì)改變ATP晶體結(jié)構(gòu)；提高pH值能降級(jí)ATP片層厚度，增大層間距，提高吸附性；提高輻射量會(huì)使去除率降低，降低吸附性。

三聚磷酸二氫鋁；銀離子；輻射改性

三聚磷酸二氫鋁(ATP)是一種優(yōu)秀的防腐顏料，它帶有兩個(gè)活潑氫，能與Cs+,Pb2+,Cd2+,Zn2+,Cu2+進(jìn)行離子交換[1-5]，離子交換容量達(dá)7.27mmol/g[6]。銀離子有較好的殺菌性能，在醫(yī)療抗菌方面有廣泛的應(yīng)用[7]。若是用ATP吸附銀離子，則在抗菌涂層方面有廣闊的應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

Gamma射線輻射改性ATP；ZnO/SiO2改性ATP；硝酸銀(A.R.)；氫氧化鈉(A.R.)。

1.2 主要儀器

酸度計(jì)(PHS-3C)；離子計(jì)(PXSJ-216F)；傅里葉紅外光譜儀(IR Prestige-21)；X-射線衍射儀(D8 Advance)；掃描電子顯微鏡(Inspect F50)。

1.3 銀離子的吸附性能實(shí)驗(yàn)

1.3.1 ATP用量對(duì)吸附能力的影響

取50kGyATP1.0g,1.5g,2.0g，分別加入到三組質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的50mL硝酸銀溶液中，進(jìn)行磁力攪拌。每隔15min，用離子計(jì)測(cè)量各溶液銀離子濃度，直至濃度基本不變，實(shí)驗(yàn)終止。

1.3.2 pH值對(duì)ATP吸附能力的影響

取五組1.0g的0kGyATP，分別加入到100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%硝酸銀溶液中，進(jìn)行磁力攪拌，同時(shí)向各組中加入不等量的0.5mol/L的氫氧化鈉溶液并用酸度計(jì)測(cè)量溶液的pH值。每隔15min，用離子計(jì)測(cè)量各溶液銀離子濃度，直至濃度基本不變，實(shí)驗(yàn)終止。

1.3.3 不同改性ATP對(duì)吸附性能的影響

取輻照量0kGy、20kGy、50kGy、100kGy、150kGy的純ATP和鋅硅改性ATP十組，每組各0.1g，分別加入到10組質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的50mLAgNO3溶液中。磁力攪拌24h后，用離子計(jì)測(cè)量溶液中銀離子濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 ATP用量對(duì)吸附能力的影響

2.1.1 銀離子濃度分析

圖1 銀離子濃度隨時(shí)間變化圖

由圖1可以看出，實(shí)驗(yàn)前期銀離子吸附速率快，后期較慢直到吸附平衡。吸附劑越多，銀離子的剩余濃度就越小，而對(duì)吸附能力沒有影響。

2.1.2 XRD衍射圖譜分析

抽濾干燥的ATP樣品在XRD下的圖像沒有較大的變化，說明ATP吸附銀離子并不會(huì)改變它的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。對(duì)比B、C、D三組，發(fā)現(xiàn)ATP特征峰的高度和位置都沒有明顯變化，說明改變ATP質(zhì)量不會(huì)改變其吸附性能。

在2θ=11.18°時(shí)，四組譜圖(圖2)中均出現(xiàn)了ATP的特征峰，未吸附銀離子的ATP的A譜峰較高于B、C、D三組，說明了吸附銀離子后，ATP的分層中被導(dǎo)入了銀，使得特征峰峰高降低。

圖2 質(zhì)量不同的ATP吸附銀離子后的XRD譜圖

2.2 溶液pH值對(duì)ATP吸附性的影響

2.2.1 溶液中銀離子濃度的變化

溶液中銀離子濃度的變化見圖3。

圖3 不同pH值下銀離子濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

在ATP質(zhì)量和銀離子濃度相同的情況下，溶液pH值越大，銀離子的濃度越低。使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值，鈉離子會(huì)進(jìn)入ATP的分層結(jié)構(gòu)中取締氫氧根離子中的氫離子，形成-O∶Na+基團(tuán)，形成該基團(tuán)后Na+對(duì)金屬離子有更強(qiáng)的吸附能力。隨著溶液堿性的增強(qiáng)，被取締的氫氧根中的H+數(shù)目越多，則會(huì)使吸附反應(yīng)后溶液中的銀離子剩余濃度越低。因此，在其它實(shí)驗(yàn)條件不變時(shí)增大反應(yīng)溶液的pH值，可以增強(qiáng)ATP對(duì)銀離子的吸附性能。

2.2.2 溶液pH值影響下的XRD分析

不同pH值下ATP的XRD衍射譜圖見圖4。

抽濾干燥后的ATP樣品在XRD下的峰面積總和沒有變化，得出改變?nèi)芤旱膒H值對(duì)ATP的整體結(jié)構(gòu)沒有改變，但發(fā)生了部分變化。在2θ=10.18°時(shí)，ATP的特征峰僅出現(xiàn)在pH值=2.50的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品中，說明了在堿性環(huán)境中，ATP的活潑氫被取代。另外，2θ值在30°～40°的范圍內(nèi)，pH值=10.49、pH值=11.48兩個(gè)實(shí)驗(yàn)ATP樣品有更明顯的峰出現(xiàn)，說明了溶液pH值越高，ATP分子的結(jié)構(gòu)變化越多，進(jìn)而改變了ATP對(duì)銀離子的吸附性能。

圖4 不同pH值下ATP的XRD衍射譜圖

2.2.3 電鏡分析

選取未吸附銀離子的ATP樣品和pH值=11.48環(huán)境下吸附銀離子的ATP樣品進(jìn)行比較，見圖5、6。發(fā)現(xiàn)ATP在堿性環(huán)境下吸附銀離子后，分層結(jié)構(gòu)縫隙明顯，說明鈉離子取代ATP的活潑氫后使片層分裂，層間距增大，從而使吸附面加大，增加了對(duì)銀離子的吸附能力。另外ATP的分子片層厚度也在減小，可以達(dá)到100nm，而未吸附銀離子的ATP是塊狀結(jié)構(gòu)，分層不明顯，不能觀測(cè)到片層厚度，若直接吸附銀離子，則效果不佳。

圖5 未吸附銀離子的ATP

2.3 不同改性ATP對(duì)吸附性能的影響

2.3.1 溶液中銀離子去除率分析

(A 0.1g純ATP，B 0.1g 鋅硅改性ATP)圖7 不同輻照改性ATP對(duì)銀離子去除率影響

銀離子的去除率Q(%)=(c0-ct)/c0×100%，其中c0為溶液中離子的初始濃度，mg/L；ct為反應(yīng)吸附進(jìn)行t時(shí)刻后溶液中的剩余銀離子濃度，mg/L；V為離子溶液的體積，L。

由圖7可以看出，不同輻照量和不同改性方式對(duì)銀離子的去除率不同?？傮w來看，隨著輻照量的加大，去除率呈減小的趨勢(shì)。但20kGy的ATP除外，兩種改性方式對(duì)應(yīng)的去除率很接近。

2.3.2 輻照量20kGy的ATP的XRD衍射分析

圖8 輻照量20kGy的兩種ATP的XRD衍射譜圖

從抽濾干燥后的ATP樣品的XRD譜圖8中可以看出，鋅硅改性的ATP峰面積大于純ATP，且出現(xiàn)不同的峰，峰值高度差別明顯。這是因?yàn)楦男缘腁TP中含有二氧化硅和氧化鋅，使得兩種ATP峰形不同，這些差異導(dǎo)致兩種ATP對(duì)銀離子的吸附能力不同。

2.3.3 電鏡分析

圖9 吸附銀離子的0kGy改性ATP

實(shí)驗(yàn)選取未用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值的0kGy改性ATP樣品，電鏡下有明顯的分層結(jié)構(gòu)見圖9，與圖6對(duì)比發(fā)現(xiàn)，鋅硅改性的ATP表面雜亂，有許多小顆粒附著，可能是氧化鋅和二氧化硅的顆粒。另外，改性ATP的層狀厚度也不單一，可以說明了經(jīng)過吸附金屬離子后，會(huì)改變ATP的分層厚度但不破壞分層結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究了三個(gè)影響條件對(duì)三聚磷酸二氫鋁吸附溶液中的銀離子性能的改變，分別是吸附劑的用量、反應(yīng)溶液的pH值、吸附劑輻照量，分析實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)以及檢測(cè)吸附反應(yīng)后的樣品性質(zhì)，得出以下結(jié)論：

(1)同等的的實(shí)驗(yàn)條件下，增加ATP的吸附用量可以增大對(duì)溶液中的銀離子吸附量，對(duì)ATP的吸附性能沒有改變。分析ATP樣品的XRD衍射譜圖，吸附反應(yīng)后的ATP中的特征譜峰峰高降低但是不消失，說明吸附銀離子后ATP的晶體結(jié)構(gòu)沒有變化。

(2)溶液pH值的改變影響了ATP對(duì)銀離子的吸附性能，當(dāng)pH值=10.49、11.48時(shí)吸附平衡后的銀離子剩余濃度在10-5mol/L濃度級(jí)，而pH值=2.50、5.46時(shí)對(duì)應(yīng)的最后的銀離子剩余濃度在10-3mol/L濃度級(jí)，溶液pH值的越大ATP對(duì)銀離子吸附能力越強(qiáng)。分析XRD衍射圖譜可以知道，改變?nèi)芤旱膒H值可以使吸附反應(yīng)后的ATP的特征峰消失，說明晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。分析SEM成像圖，增大溶液的pH后，鈉離子的導(dǎo)入使ATP的表面顆粒直徑減小且增大了分層結(jié)構(gòu)的層間距。

(3)不同輻照量的ATP在兩種改性條件下，對(duì)溶液中銀離子的去除率都在50%左右波動(dòng)。隨著輻照量的增大，gamma射線改性ATP對(duì)應(yīng)的去除率為58.13%、52.07%、51.16%、51.23%、48.49%，鋅硅改性ATP對(duì)應(yīng)去除率是44.15%、52.33%、48.63%、47.11%、45.81%，對(duì)于同種ATP改變輻照量對(duì)其吸附能力沒有明顯改變。吸附銀離子前后輻照量20kGy的兩種ATP的XRD衍射譜圖和FTIR波形圖對(duì)比均沒有明顯差異，說明實(shí)驗(yàn)后二者的晶體結(jié)構(gòu)沒有改變。

[1] 黃增尉, 白麗娟, 袁愛群,等. 三聚磷酸二氫鋁吸附Pb2+的動(dòng)力學(xué)研究[J]. 化學(xué)工程, 2009, 37(9):5-8.

[2] 黃增尉, 白麗娟, 馬少妹,等. 三聚磷酸二氫鋁吸附Cd2+的動(dòng)力學(xué)研究[J]. 離子交換與吸附, 2010, 26(1):9-15.

[3] 白麗娟, 黃增尉, 馬少妹,等. 三聚磷酸二氫鋁對(duì)水中銅離子的吸附動(dòng)力學(xué)[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2009, 32(8):27-30.

[4] 陳東蓮, 白麗娟, 黃增尉,等. 三聚磷酸二氫鋁對(duì)Cs+的吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2011, 34(3):105-108.

[5] 白麗娟, 陳東蓮, 黃增尉,等. 三聚磷酸二氫鋁吸附Zn2+的動(dòng)力學(xué)[J]. 桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 29(3):338-342.

[6] 石曉波, 林秉發(fā). 層狀聚磷酸鋁的合成和離子交換性能的研究[J]. 江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然版), 1991(2):139-144.

[7] 沈 芃. 銀離子消毒與抗菌應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J]. 中國消毒學(xué)雜志, 2007, 24(1):73-75.

(本文文獻(xiàn)格式：楊嵐?jié)?，宋偉?qiáng)，吳龍超.改性ATP對(duì)銀離子的吸附性能[J].山東化工，2017，46(12)：3-6.)

Adsorption Properties of Modified ATP on Silver Ion

YangLantao，SongWeiqiang，WuLongchao

(Henan University of Technology， Zhengzhou 450000，China)

Dihydrogen aluminum triphosphate (ATP) is adsorbed on one-valence positive ions. The effects of the amount of adsorbent, pH and irradiation on the adsorption of silver ions were investigated. The results show that increasing the amount of adsorbent does not change the structure of ATP crystals, increase the pH to reduce the thickness of the ATP layer, increase the interlayer spacing and improve the adsorption. The increase of the radiation will reduce the removal rate and reduce the adsorption.

ATP; silver ion; radiation modification

2017-04-18

河南省重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目(152102210069)

楊嵐?jié)?1994—)，在讀碩士，從事水性涂料的研究與開發(fā)。

TQ630.4

A

1008-021X(2017)12-0003-04