CN108394950B

CN108394950B - 一种吸附贵金属金离子的方法

Info

Publication number: CN108394950B
Application number: CN201810260624.5A
Authority: CN
Inventors: 唐课文; 许卫凤; 胡呈弘; 张盼良
Original assignee: Hunan Institute of Science and Technology
Current assignee: Hunan Institute of Science and Technology
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: CN108394950A

Abstract

本专利介绍了一种多孔材料对水溶液中Au(III)吸附的新方法，即利用具有高孔隙率、高比表面积、稳定性强和孔道可调节等特性的类沸石咪唑酯类材料ZIF‑8作为吸附剂，在水溶液中对Au(III)离子进行吸附。通过选择性调控水溶液的pH值、吸附温度、金离子浓度、吸附剂量、吸附时间，能够使ZIF‑8对Au(III)的吸附量大大提高，最大吸附量超过1000 mg/g。与其他吸附分离技术相比，该吸附剂合成方法简单，吸附量大，材料可重复使用，对环境污染小，为贵金属的回收利用提供了一种可行的新方法。

Description

一种吸附贵金属金离子的方法

技术领域

本发明属于贵金属分离回收领域，特别涉及一种利用类沸石咪唑酯类材料ZIF-8吸附分离水溶液中的Au(III)离子的方法。

背景技术

贵金属在自然界的含量低且分散，而且通常与其他矿藏共生，因此传统方法获取贵金属主要从一些冶炼过程的副产品中得到，这就导致了贵金属的产量很难提高。为了应对贵金属资源的供需矛盾，从二次资源中回收和循环利用贵金属必将成为未来的发展方向。人类生产的贵金属，大部分已进入生活和工业领域，回收市场极大。因此，人类对贵金属的回收及循环利用越来越重视，比如从废旧的电子产品、失活的化学催化剂、矿产开采中回收使用过的贵金属。这不仅能够使稀缺的资源得到重复使用，并能为社会带来巨大的经济效益，对环境保护也能起到一定的作用，有利于建设生态文明社会，促进国家经济发展和科技进步。

金具有优异的物理、化学性能，如耐高温氧化、耐腐蚀、耐电性能、导电性良好、较高的催化活性和较强的协调能力等等。金在工业应用中具有广泛的应用，被称为工业维生素。金的商业价值一直受到供应短缺和高工业需求的不断刺激而极具膨胀。

目前，应用于分离贵金属的方法有吸附、化学沉淀、离子交换、膜过滤、电解和生物处理等。在上述方法中，吸附法因为运行成本低、对环境影响小、操作简单、易于工业化等优点，被广泛的用于贵金属的分离。当前研究较多的是生物吸附法，因其来源广泛、价格低廉、环保清洁，是一种极具发展潜力的吸附方法，但生物吸附剂吸附能力较弱、吸附速率低、吸附过程复杂、重复利用性能差、选择性低且容易受杂质影响而失效，目前还基本停留在实验室阶段。因此，寻求具有高效吸附性能和高效重复利用性能的吸附剂新材料具有潜在的应用价值和商业价值。

金属-有机骨架(MOFs)是由金属离子与有机配体通过自组装配合而成的一种多孔性材料，具有高孔隙结构、高比表面积和可调节的孔径等特点，在储气、分离、催化、药物释放等多种领域，尤其是分离方领域受到越来越多的关注。ZIF-8是一种新兴的类沸石咪唑酯类的金属有机框架多孔材料，它是由锌离子作为金属中心与2-甲基咪唑自组装而成。因ZIF-8具有多种优点，如孔道的永久性、结构规整、高热稳定性，化学稳定性好等，而受到广泛的关注和应用。

本研究将ZIF-8作为贵金属新型吸附剂，吸附分离水溶液中的Au(III)。研究了不同因素对吸附效果的影响，如pH值、温度、吸附时间、初始浓度等，为贵金属的吸附提供了一种新方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种吸附容量大、稳定性高且再生性能好的新型贵金属Au吸附剂——类沸石咪唑酯类金属有机框架多孔材料ZIF-8，并将其应用于水溶液中Au(III)的吸附分离。针对吸附过程，探索了各种条件对吸附效果的影响。

本发明采用的技术方案是：

（1）合成ZIF-8：将一定量的六水合硝酸锌与2-甲基咪唑混合完全溶解于一定量的DMF溶液中(摩尔比为1:3:3)，反应温度为140 ℃，反应时间为24小时。反应完成后，冷却至室温，抽滤得到合成的固体粉末，用甲醇清洗三次，置于真空干燥箱中80℃干燥一夜，得到ZIF-8产品。通过XRD表征，见说明书附图1，制备的ZIF-8的晶体结构与ZIF-8的标准卡一致，表明成功制备了类沸石咪唑酯类金属有机框架材料ZIF-8。（2）配置一定浓度的Au(III)溶液，调节不同的pH后，加入一定量的ZIF-8作为吸附剂，在一定温度下，置于恒温水浴振荡器中充分搅拌一定时间，吸附完成后，取一定量样品用原子吸收光谱仪进行吸附前后的浓度测定，并计算吸附量和吸附率。（3）取一定量吸附后的ZIF-8材料，加入到一定量的有机溶剂中，在一定温度下，置于恒温水域振荡器中充分搅拌一定时间，脱附完成后，过滤并烘干，进行下一次吸附。

本发明相比现有技术有如下优势：

（1）ZIF-8材料具有较大的比表面积和较高的吸附容量，能有效的吸附水溶液中的Au(III)离子，吸附量达到1000mg/g以上。（2）ZIF-8材料经过脱附后可重复循环利用，是一种节约型材料，能够减少废物污染，带来更高的经济效益。（3）新型吸附剂ZIF-8的合成条件温和、方法简单、原料成本低。

【附图说明】

图1为XRD表征图。

【具体实施方案】

一、ZIF-8的制备

将380 mg的六水合硝酸锌与315 mg的2-甲基咪唑加入到500 mL的三口烧瓶中，加入300 mL的DMF溶剂，搅拌至完全溶解；将三口烧瓶置于油浴锅中加热，反应温度为140 ℃，反应时间为24小时。反应完成后，冷却至室温，抽滤得到合成的固体粉末，用30 mL的甲醇溶剂清洗三次，抽滤；将固体置于80 ℃的真空干燥箱中干燥一夜，得到ZIF-8产品。

二、吸附实验与吸附剂循环利用实验

（1）吸附实验：用纯度为98%的三氯化金配置一定浓度的Au(III)溶液(10-1000mg/L)，用浓度为0.1 mol/L的氢氧化钠或HCl调节水溶液的pH(2.5-12)后，取一定体积溶液加入离心管或锥形瓶中，加入一定量的ZIF-8作为吸附剂(0.2-1 mg/mL)，在一定温度下(5-80 ℃)，置于恒温水浴振荡器中充分搅拌一定时间(5-2880 min)，吸附完成后，取一定量样品，用原子吸收光谱仪对原溶液和吸附后剩余液的浓度测定，并计算吸附量和吸附率。（2）吸附剂循环利用实验：取一定体积(10-50 mL)极性有机溶剂(甲醇或乙醇或乙腈或硫脲)加入到50 mL的离心管中作为脱附剂，加入10 mg吸附后的ZIF-8材料，置于恒温水浴振荡器中振荡脱附，设置一定温度(15-55 ℃)，一定时间后(1-45 h)，过滤烘干，将脱附后的ZIF-8材料再次进行吸附。

三、测试与分析

本发明所述的实施例中溶液中Au的浓度采用日本岛津AA-6880 原子吸收分光光度计进行分析。所涉及的吸附量、吸附率计算公式如下：

其中，q表示吸附量，下标0表示初始值，下标t表示t时刻。

二、实施例

实施例1

用纯度为98%的三氯化金配制浓度为300 mg/L的Au(III)溶液，取100 mL该溶液加入250 mL锥形瓶中，用0.1 mol/L的HCl调节pH为2.5，加入50 mg ZIF-8材料作为吸附剂，置于恒温水浴振荡器中振荡吸附，设置温度为25 ℃，定点取样检测，用原子吸收光谱仪对原溶液和吸附后剩余液的浓度测定，42 h后，吸附量为434 mg/L，吸附率为68%。

实施例2

用纯度为98%的三氯化金配制浓度为300 mg/L的Au(III)溶液，取20 mL该溶液加入50 mL离心管中，用0.1 mol/L的HCl调节pH为5，加入10 mg ZIF-8材料作为吸附剂，置于恒温水浴振荡器中振荡吸附，设置温度为25 ℃，42 h后，取一定量样品，用原子吸收光谱仪对原溶液和吸附后剩余液的浓度测定，吸附量为208 mg/L，吸附率为42%。

实施例3

用纯度为98%的三氯化金配制浓度为400 mg/L的Au(III)溶液，取20 mL该溶液加入50 mL离心管中，用0.1 mol/L的HCl调节pH为2.5，加入10 mg ZIF-8材料作为吸附剂，置于恒温水浴振荡器中振荡吸附，设置温度为45 ℃，42 h后，取一定量样品，用原子吸收光谱仪对原溶液和吸附后剩余液的浓度测定，吸附量为580 mg/L，吸附率为68%。

实施例4

用纯度为98%的三氯化金配制浓度为900 mg/L的Au(III)溶液，取20 mL该溶液加入50 mL离心管中，用0.1 mol/L的HCl调节pH为2.5，加入10 mg ZIF-8材料作为吸附剂，置于恒温水浴振荡器中振荡吸附，设置温度为25 ℃，42 h后，取一定量样品，用原子吸收光谱仪对原溶液和吸附后剩余液的浓度测定，吸附量为1192 mg/L，吸附率为66%。

实施例5

取20 mL乙腈加入到50 mL的离心管中作为脱附剂，加入10 mg吸附后的ZIF-8材料，置于恒温水浴振荡器中振荡脱附，设置温度为25 ℃，42 h后，过滤烘干，将脱附后的ZIF-8材料再次进行吸附。重复使用两次后，吸附量由317.38 mg/g下降为271.92 mg/g。

以上所述实例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但其技术范围不受限于以上实施方式。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以做各种改进并实施，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种利用类沸石咪唑酯类金属有机框架材料ZIF-8吸附水溶液中Au(III)的方法，其特征在于，首次提出采用ZIF-8作为吸附剂对水溶液中的Au进行吸附分离，包含下述操作：用纯度为98%的三氯化金配置一定浓度的Au(III)溶液，用0.1 mol/L的氢氧化钠或HCl调节水溶液的pH后，取一定体积溶液加入离心管或锥形瓶中，加入一定量的ZIF-8作为吸附剂，在一定温度下，置于恒温水浴振荡器中充分搅拌一定时间，吸附完成后，取一定量样品，用原子吸收光谱仪对原溶液和吸附后剩余液的浓度测定，并计算吸附量和吸附率；并采用有机溶剂作为脱附剂，对ZIF-8的重复性能进行研究，取一定体积的极性有机溶剂加入到50mL的离心管中作为脱附剂，加入10 mg吸附后的ZIF-8材料，置于恒温水浴振荡器中振荡脱附，设置一定温度，一定时间后，过滤烘干，将脱附后的ZIF-8材料再次进行吸附。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，配置的Au浓度为10-1000 mg/L。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，溶液的pH设置为2.5-12。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，吸附剂量为每毫升溶液0.1-1 mg。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，吸附温度为5-80 ℃。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，吸附时间为5-2880 min。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，脱附溶剂选择为乙醇、甲醇、乙腈、硫脲。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，脱附溶剂体积为10-50 mL。

9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，脱附时间为1-45 h。

10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，脱附温度为15-55 ℃。