[发明专利]一种重金属离子吸附剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及固相萃取技术领域，具体涉及一种重金属离子吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

汞是环境中常见的危害严重的重金属污染物。污染水体中的汞主要来源于金属冶炼、煤的燃烧、电池和荧光灯制造、颜料、塑料、食盐电解及军工等废水。无机汞会在水体微生物的作用下转变为毒性更大的有机汞，痕量的有机汞会通过食物链在人和高级动物体内蓄积。有机汞除了会对神经系统造成危害外，还会导致各种类型的基因突变。因此环境中痕量汞的检测和去除具有非常重要的意义。由于环境水、土、大气样品中汞的含量低，成分复杂，基体干扰较大，普通分析方法由于灵敏度低难以检测其中的汞，即使借助于原子吸收、原子荧光、电感耦合等离子体质谱仪等灵敏度高、选择性好的仪器测定时也需要对样品进行分离富集前处理。样品前处理可以富集待测物，排除干扰物质，它是环境分析中不可缺少的环节。常见的样品前处理技术如液-液萃取、沉淀分离、共沉淀等方法操作程序复杂、工作量大、耗时长、难以自动化、重现性差，并且要消耗大量有机溶剂和试剂。固相萃取技术是近年来发展起来的样品前处理技术之一，具有回收率高、富集倍率高、有机溶剂和试剂消耗量少、省时省力、便于实现自动化处理等优点。固相萃取技术的核心是固相萃取剂的选择，它直接影响萃取效果。目前，对汞的固相萃取中，多采用C₁₈键合硅胶柱或阳离子交换树脂，这种方法选择性不好。也有把有机试剂键合到硅胶表面制成固相萃取剂用于汞的富集，但是它们平衡时间长、富集倍率较低，如Desalination24(2009)257-274，该文献记载通过三步反应把一种胺类化合物Tetraethylenepentamine键合到硅胶表面，在pH=2时富集Hg(II)，平衡时间需要1h。因此，开发选择性好、平衡时间短且可富集极低浓度汞的固相萃取剂对保护环境具有重要意义。另一方面，我国属于贫水国，水体中的汞污染问题，越来越受到人们的重视。被汞污染的水体中汞的含量虽然很低，但对人体的危害极大，因此需要对低浓度的含汞废水进行深度处理。常用的处理方法如活性炭吸附法，利用率不高且没有选择性、不易再生。离子交换等方法对痕量汞去除效果不够好。因此，开发出一种对水样中低浓度Hg(II)选择吸附性好，吸附速率快且容易再生的固相萃取剂非常有必要。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种重金属离子吸附剂，该重金属离子吸附剂可选择性地吸附样品中低浓度的Hg(II)，吸附速率快，吸附后容易再生，可多次循环使用，是一种理想的快速分离富集样品中痕量汞的固相萃取剂。

本发明解决的另一个技术问题是提供了一种合成过程简单且易于控制的重金属离子吸附剂的制备方法。

本发明还解决的技术问题是该重金属离子吸附剂在含Hg(II)样品固相萃取或深度净化中的应用，重金属离子吸附剂作为Hg(II)的固相萃取剂使用时富集率高，选择性好，可富集水体中浓度低至0.0044mg/L的Hg(II)，重金属离子吸附剂作为水净化材料使用时，可用于水中痕量Hg(II)的净化，其过程速度快且效果好。

本发明的技术方案为：一种重金属离子吸附剂，其特征在于：所述的重金属离子吸附剂是将有机试剂2-[(5-溴-2-吡啶)偶氮]-5-(二乙氨基)苯酚（5-Br-DEPAP）联结到氨丙基硅胶表面形成的5-Br-DEPAP功能化硅胶。

本发明所述的重金属离子吸附剂的制备方法主要包括以下步骤：(1) 取经盐酸活化预处理且干燥后的活化硅胶加入到三颈圆底烧瓶，分别加入无水甲苯和氨丙基三乙氧基硅烷，在80℃下搅拌反应7h，冷却后抽滤，产品依次用甲苯、乙醇、丙酮洗涤至无胶状物存在，制得氨丙基硅胶，抽滤得滤饼，真空干燥并在真空干燥器中冷却，然后置于普通干燥器中保存备用； (2) 在烧瓶中依次加入氨丙基硅胶、无水乙醇、无水甲苯、5-Br-DEPAP和三乙胺，其中氨丙基硅胶和5-Br-DEPAP的质量比为m（氨丙基硅胶）：m（5-Br-DEPAP）= 1：0.1-1， 70-90℃加热搅拌回流反应8-20h，过滤产物，用甲苯、乙醇、乙醚、去离子水洗涤至滤液无色，70℃真空干燥得到5-Br-DEPAP功能化硅胶。