改性艾草水凝胶高效可再生吸附水中镍离子

《BMC Chemistry》：A study on the synthesis and characterization of maleate-functionalized Artemisia vulgaris hydrogel for Ni(II) adsorption from groundwater: mechanism, kinetics, and reusability

　　

摘要

由于工业化和人类活动造成的广泛污染，地球上的生命面临风险。饮用水源中存在有害重金属离子是亟待修复的主要污染物之一。利用艾草（Artemisia vulgaris）种子提取水凝胶，即A. vulgar水凝胶（AVH）。经过碱催化酯化过程，AVH 与马来酸酐（MAn）酯化生成马来酸酐接枝 AVH（ML-AVH）。经碳酸氢钠（NaHCO₃）皂化后，ML-AVH 转化为 ML-AVH 的钠型（Na-ML-AVH）。通过 AVH、ML-AVH、Na-ML-AVH 及负载镍（Ni(II)）的 Na-ML-AVH（Ni-ML-AVH）的傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，验证了 ML-AVH 和 Na-ML-AVH 的生成以及镍（Ni(II)）的负载。Brunauer-Emmett-Teller（BET）分析显示，与 AVH 相比，Na-ML-AVH 的比表面积增加，表明生成了额外的可及吸附位点。热重（TGA）分析揭示 Na-ML-AVH 比 AVH 具有更大的稳定性。粉末 X 射线衍射（PXRD）图谱显示，AVH 转化为 Na-ML-AVH 后结构发生了改变。扫描电子显微镜（SEM）图片显示 AVH、ML-AVH、Na-ML-AVH 和 Ni-ML-AVH 具有粗糙和多孔特性。Na-ML-AVH 的零电荷点 pH 值（pH_ZPC）为 5.17，表明其表面带负电荷。根据 Langmuir 等温线，Na-ML-AVH 修复 Ni(II) 的最大吸附容量在蒸馏水（DW）中为 200 mg/g，在地下水（GW）中为 196.07 mg/g。Ni(II) 在 Na-ML-AVH 表面的吸附最好由准二级动力学模型解释。离子交换过程涉及 Ni(II) 的吸附，这基于 FTIR、能量色散 X 射线光谱（EDX）分析以及 Boyd 模型与 Ni(II) 吸附数据的完美拟合。热力学研究表明，Na-ML-AVH 对 Ni(II) 的吸附是自发且放热的。由于发现 Na-ML-AVH 可再生，因此在需要更换之前可以多次使用。