文|编辑：日斤

本研究包括一种新型复合聚苯胺-麦皮(PANI-WH)的合成及其对重金属(铜、铅、镍)的吸附。

使用复合材料的表征如SEM来检查吸附重金属之前和之后的新型复合材料的化学组成、状态(XPS)、结晶性质(XRD)和官能团(FT-IR)。

结果表明，聚苯胺-WH新型复合材料对重金属的吸附性能良好。

结合容量高达155mg·g 1对于镍，95毫克克 1对于铜和110毫克克 1为了Pb。

聚苯胺-WH新型复合材料在最佳条件下表现出最大吸附。聚苯胺-WH复合材料对重金属的修复能力高达99%。

本研究还包括动力学、热力学和等温线研究，表明使用聚苯胺-WH复合材料可以增加对重金属的吸附。

在这项工作中使用的复合材料来自工业/农业副产品。

它提供了双重好处，不仅提供了一种处理水的方法。

而且是利用这些副产品的有效方法，否则这些副产品会形成额外的废物流。

聚苯胺WH表现出良好的稳定性和可重用性，将来，聚苯胺-WH复合材料可用于检测其他重金属。

一、介绍

在重金属中，一些最常见的污染物是锌、镍、铅、砷、铬和铜，它们在工业废水中过量存在。

这些金属对生物体和人类也是有毒的，即使在某些低浓度下。

在重金属中，铅是最重要的毒素，因为它会影响大脑。无机化合物中的铅会影响中枢神经系统，导致不可逆的脑损伤，它还对肾、胃肠、生殖和外周神经系统。

工业中的铅污染源是精加工工业、金属电镀和电池制造业。

根据EPA(环境保护局)，内陆地表水中的铅浓度标准为0.1毫克/升，对于人类使用如饮用，为0.05毫克/升。

镍和铜离子存在于工业废水中，尤其是在处理矿物加工、搪瓷、电池制造、电镀和硫酸铜制造。

超过美国环保局设定的人体健康标准(MCLG 0.1毫克/升)的镍含量可能是导致严重健康问题的原因。

一些研究包括用于去除重金属的不同外壳，即椰子外壳、花生外壳和锯屑。

为此，已经研究了一些稻壳和聚苯胺的复合材料，即聚苯胺-锯末及其复合材料。

基于聚苯胺的材料对于去除重金属是有效的，因为它们可以以足够的量获得，并且对于重金属的吸附显示出良好的结果。

与聚苯胺相比，其他聚合物没有那么有效。

聚苯胺比其他聚合物有一些优点，因为它成本低，单体简单，容易结合，导电，去除重金属。

聚苯胺因其独特的光学和电学性质以及不同的潜在应用而备受关注。

此外，改性的PANI复合材料具有多功能基团(活性位点),并显示出对不同材料的高吸附容量。

用小麦皮对聚苯胺进行改性，形成聚苯胺-WH复合物作为吸附剂，由于其具有更多的活性中心而显著增加了吸附，从而提高了从溶液或水样中去除不同金属离子的效率。

示意图显示了聚苯胺的制备、复合物的附着以及随后对任何重金属如铜、镍或铅的吸附。

此外，改性的复合材料提供了更大的表面积，这增强了复合材料的吸附能力。

聚苯胺改性麦皮增强了其对重金属的吸附能力。

二、材料和方法

所有分析级试剂在整个实验中使用，除了苯胺，其通过蒸馏进一步纯化，去离子蒸馏水用于制备溶液。

通过溶解计算量的Cu(SO ),制备Cu、Ni和Pb的储备溶液(1000mg/L)4)，NiCl2，和Pb(CH3COOH)2分别溶于去离子蒸馏水中。

通过增加0.1牛顿HNO3和0.1 N NaOH，需要时调节pH。

通过使用PHI-5000 Versa Probe-III(ULVAC-PHI)进行诸如SEM(扫描电子显微镜)(JSM-6480)和XPS的程序。

通过D/MAX-3C(日本)进行XRD，并且使用过滤装置(MDA-015)、熔炉(MHA-11)、称重天平(Armfield)和AAS(原子吸收光谱法)(Perkin Elmer Analyst 800系列)进行分析。

为了从水体系中去除重金属如铜、镍和铅，聚苯胺涂覆的小麦壳被用作吸附剂。

对于聚苯胺及其与麦皮的复合物的制备，所遵循的程序如M. S Mansour报道的用锯末。

该过程包括将5 g苯胺溶解在250 ml HCl (1N)中，然后通过将混合物置于冰浴中获得低于5 的温度，随后缓慢加入预冷的250ml 0.3n(NH4)S2O8在剧烈搅拌下在HCl (1N)溶液中。

由于具有δH = 372 kJ/mol能量值的高度放热反应，将该材料置于冰浴中。

氧化后，将该混合物在0–5 C下搅拌2小时，然后在室温下静置过夜。

然后用蒸馏水清洗和纯化聚苯胺的沉淀物。

然后用HCl稀释，直到获得无色滤液。为了除去非聚合杂质和低聚物，用甲醇和蒸馏水洗涤聚苯胺。

最后，在保持温度为50–60 C的炉中干燥，并以粉末形式储存以备使用。

重金属的吸附受不同因素的影响。

研究了影响去除百分比的因素，这些因素如下:

吸附剂的筛目尺寸(50微米、80微米和100 μm)、pH值(从2到10变化)、金属浓度范围从10 mg/L到50 mg/L、时间因素范围从20分钟到60分钟、rpm(从200 rpm到400 rpm)和吸附剂剂量范围从0.1 g到1 g。

其中C =吸附后金属的浓度，Ci=初始金属浓度。

从等温线研究中收集的结果显示在Langmuir等温线中。

对应于线性直线方程为：

结果用C之间的图形表示e/qe对比Ce为了评估q的值最大和b，其中Ce (mg/L)代表重金属(Cu、Ni和Pb)离子的平衡浓度。

qe代表吸附容量(毫克/克 1)和q最大代表金属的最大吸收量，它反映了场地饱和度。

Freundlich等温线既不假设均匀表面，也不假设恒定吸附，因为它比Langmuir等温线更普遍。它的方程式表示为：

Temkin的线性直线方程为：

通过改变温度从293到313K(20–30 C ),研究了铜、镍和铅的热力学。

通过使用下面的公式求出反应的焓:

反应的δS熵通过使用以下公式来确定:

三、形态表征

新型聚苯胺-WH复合材料的表面形态通过吸附前后的小麦皮及其复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图像进行观察，如图所示。

小麦壳及其复合材料(小麦壳和聚苯胺)的SEM图像可见于1A B。

在小麦外壳上涂覆聚苯胺后，表面变得粗糙。

据观察，涂层可见于图1C–E，并且在重金属Pb、Ni和Cu吸附在复合材料的表面上之后，颗粒尺寸已经增大。

这清楚地暗示了金属的吸附，并且在吸附之后表面变得更粗糙。

方案2显示了聚苯胺-WH复合材料的制备、表征和对重金属的吸附。

通过X射线光电子能谱法如所示图3A。

观察到复合材料的XPS扫描显示碳(C)、氮(N)和氧(O)的存在。

312 eV处的C峰、365 eV和372 eV处的N峰以及559 eV处的O峰的存在表明聚苯胺复合物。结果表明在合成的复合结构中同时存在聚苯胺和WH。

解卷积的N 1s光谱表明，在365 eV和372 eV处的两个结合峰归因于苯环型化合物的胺( NH )和亚胺( NH+ )单位。

从图中可以看出，在吸附金属之前，PANI-WH没有显示出Pb、NI和Cu的任何峰，但是在吸附Pb、Ni和Cu之后，出现了它们各自的峰。

四、颗粒大小的影响

通过使复合材料的颗粒通过不同筛孔尺寸的筛子，证明了聚苯胺-WH复合材料的颗粒尺寸效应。

本实验使用的筛孔尺寸为50、80和100(粒度分别为300微米、180微米和150微米)，如图所示。

使用总量为20 mg/L的金属浓度，复合剂量为0.5 g。

在保持Cu、Ni和Pb的水溶液的pH分别为6、7和5时，搅拌速度保持在200 rpm下30分钟。

所获得的结果清楚地描述了180 μm的颗粒尺寸给出了最大的吸附，因为小尺寸为吸附提供了更大的表面积。

五、热力学研究

进行铜、镍和铅的吸附等温线，以观察这些金属在整体中的存在量和吸附的金属数量之间的函数关系。

检测了10毫克/升至50毫克/升范围内的金属浓度，以研究弗罗因德利希、朗缪尔、特姆金和哈尔金斯-朱拉等温线。

没有观察到铅吸附的Langmuir等温式2(0.99)是针对Temkin等温线获得的。对于朗缪尔等温线，随着R2，另一个重要因素RL也由给定的公式决定

六、结论

制备了一种新型复合聚苯胺-WH，研究了其对重金属铜、镍、铅的吸附性能。

采用SEM、XRD、XPS和FT-IR技术研究了复合材料的形貌和与金属的相互作用。

获得了不同参数如接触时间、pH、吸附剂剂量、金属浓度和搅拌速度的最佳条件，以研究重金属的吸附容量。

实验结果表明，聚苯胺-WH复合材料对所有三种金属都有很好的吸附能力，吸附容量为155毫克/克 1对于镍，95毫克克 1对于铜和110毫克克 1为了Pb。

在最佳条件下，通过使用PANI-WH复合材料对重金属Ni (97%)、Cu (92%)和Pb (99%)的去除效率提高了。

参考文献

1.阿布·塔勒布(m .)、库马尔(r .)、拉什迪(A. A .)、塞利姆(M. K .)和巴拉卡特(m . a .)(2020)13 (10), 7533–7543.

2.德索萨，欧洲共同体，皮门塔，达席尔瓦，阿J. F .，多纳西门托，P. F. P .，伊哈洛，J. O. (2021). 1–15.

3.埃莱塔，O. A .，阿扬代勒，F. O .，伊哈洛，J. O. (2021)., 1–10.

4.洪涛，朱洪虎，刘佳琪，邢立义，王香雪(2019).35 (3), 260–270.