蒙脫土-二硫化鉬復(fù)合材料的制備及其對(duì)水中Pb2+吸附研究

王秀秀，程穎，趙瑩瑩，楊姝宜

（渤海大學(xué)， 遼寧 錦州 121000）

重金屬離子污染一直是國際社會(huì)關(guān)注的重要問題之一。水資源中過量的鉛離子會(huì)給生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來極大的危害[1-2]。目前，鉛廢水產(chǎn)生于許多工業(yè)領(lǐng)域，如電池制造、印刷、電鍍、攝影、水處理、制藥等。Pb2+被植物、動(dòng)物或人類吸收很難自然排出[3-5]。因此，為了減少水體中Pb2+的危害作用，需要對(duì)其進(jìn)行處理。吸附法近年來被廣泛應(yīng)用于水體中重金屬離子的處理[6]。MoS2是一種二維層狀材料，含硫基團(tuán)豐富同時(shí)對(duì)水體中的Pb2+具有出色的吸附能力。然而，MoS2在水體中幾乎不溶解[7]。針對(duì)此問題，蒙脫土作為基體材料被引入，明顯改善了MoS2的疏水性[8-10]。本研究采用蒙脫土、鉬酸鈉、硫脲和PVP為實(shí)驗(yàn)原料，通過水熱法合成了M-MoS2。由表征結(jié)果分析可知，合成的MoS2為球狀并均勻分散在蒙脫土的片層上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明對(duì)M-MoS2對(duì)水體中Pb2+具有一定的吸附能力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

蒙脫土納米粉體，江西寶硅納米新材料有限公司；鉬酸鈉、硫脲，國藥化工試劑有限公司（分析純）；PbCl2，HCl，乙醇，長(zhǎng)征化學(xué)試劑有限公司(分析純)。均采用去離子水配制溶液。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平FA1004BF，上海越平；磁力攪拌MS-12，北京普萊特；臺(tái)式高速離心機(jī)H1-16KR，湖南可成儀器設(shè)備有限公司；恒溫鼓風(fēng)干燥箱ED-S，德國賓德；掃描電鏡EVOMA10/LS10，蔡司；X射線衍射儀，丹東通達(dá)科技。

1.3 制備M-MoS2

稱取0.25 g的蒙脫土置于50 mL去離子水中并充分?jǐn)嚢琛?.25 g PVP，1.07 g的硫脲與1.24 g的鉬酸鈉加入上述50 mL的溶液中并混合均勻，然后將混合溶液轉(zhuǎn)移到100 mL的反應(yīng)釜內(nèi)襯中，200 ℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)并保溫24 h。樣品自然冷卻后，用乙醇和去離子水交替洗滌3次，離心后的粉末在70 ℃下干燥后研磨，得到M-MoS2。

1.4 吸附性能研究

向100 mg/L Pb2+50 mL錐形瓶中加入M-MoS2（20 mg），然后將其置于恒溫震蕩箱，在25 oC的條件下進(jìn)行吸附過程。當(dāng)時(shí)間為150 min時(shí)停止吸附，采用離心法分離固體和液體，通過火焰原子吸收分光光度法測(cè)定上清液中Pb2+的濃度，公式（1）可用來計(jì)算M-MoS2對(duì)Pb2+的去除率?。

式中：?—某一時(shí)間內(nèi)的去除率，%；

C0—溶液中初始Pb2+濃度，mol·L-1；

Ct—溶液中瞬時(shí)Pb2+濃度，mol-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 M-MoS2的形貌及結(jié)構(gòu)

通過掃描電鏡觀察復(fù)合材料的微觀形貌，圖1為M-MoS2的掃描電鏡圖片。從圖中可以觀察到：本研究合成的MoS2為球狀，所采用的蒙脫土呈現(xiàn)片狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)MoS2在蒙脫土表面分布的比較均勻[11]，有利于復(fù)合材料對(duì)水體中Pb2+的有效吸附。

圖1M-Mo S2的掃描電鏡圖

為了研究復(fù)合材料的物相組成，分些對(duì)MoS2和M-MoS2進(jìn)行了XRD表征，結(jié)果如圖2所示。水熱法合成的MoS2的XRD譜圖在13.3°、32.1°、35.6°、43.4°和56.9°處出現(xiàn)峰，分別對(duì)應(yīng)MoS2的（002）、（100）、（103）、（105）和（110）晶面[12]。然而，M-MoS2復(fù)合材料的XRD譜圖中并沒有觀察到蒙脫土的出峰[13]，這可能是蒙脫土添加量較少造成的。

圖2 蒙脫土、MoS2以及M-MoS2的XRD譜圖

2.2M-Mo S2對(duì)水中Pb2+的吸附研究

稱取100mg·L-1的Pb2+溶液50 mL，分別向溶液中投加不同量的M-MoS2復(fù)合材料，結(jié)果如圖3所示。溶液中Pb2+的去除率在M-MoS2的投加量為20mg時(shí)對(duì)Pb2+最大，為98%。

圖3不同M-MoS2投加量對(duì)吸附Pb2+的影響

將50mL，100 mg·L-1的Pb2+溶液放于錐形瓶中，加入20mg的M-MoS2復(fù)合材料，并用HC（l1 mol·L-1）調(diào)節(jié)溶液pH為1-6。由圖4可知，隨著pH增加，M-MoS2對(duì)溶液中Pb2+的去除率先上升后下降。當(dāng)溶液中的pH=5時(shí)，去除率最高，為98.7%。這主要是由于Pb2+在pH=6時(shí)發(fā)生沉淀，沉淀物附著在吸附劑表面，影響其對(duì)Pb2+的去除。

圖4 p H對(duì)M-MoS2吸附Pb2+的影響

圖5探究了吸附時(shí)的溫度對(duì)M-MoS2去除Pb2+的影響。稱取100mg·L-1的Pb2+溶液50mL，向溶液中加入20mg的M-MoS2復(fù)合材料，并用HCl（1 mol·L-1）調(diào)節(jié)溶液pH為5。結(jié)果表明，M-MoS2對(duì)Pb2+的去除率隨著溫度升高而逐漸增大，這是由于溫度升高促進(jìn)溶液中不同分子間的相互作用，有利于吸附過程的發(fā)生。綜合考慮成本與實(shí)際應(yīng)用的問題，吸附過程應(yīng)在25℃下進(jìn)行。

圖5吸附溫度對(duì)M-Mo S2吸附Pb2+的影響

稱取100 mg·L-1的Pb2+溶液50 mL，分別向溶液中加入20mg的M-MoS2復(fù)合材料，并用HCl（1mol·L-1）調(diào)節(jié)溶液pH為5，在溫度為25oC的條件下進(jìn)行振蕩，每間隔20min取樣。如圖6所示，當(dāng)吸附時(shí)間為100 min時(shí)吸附過程即可達(dá)到平衡。

圖6 吸附時(shí)間對(duì)M-MoS2吸附Pb2+的影響

3 結(jié) 論

采用硫脲、鉬酸鈉、PVP與蒙脫土為實(shí)驗(yàn)原材料，在水熱條件下合成蒙脫土-二硫化鉬復(fù)合材料并將其應(yīng)用于水體中Pb2+的吸附。通過分析單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出在最佳條件下（pH=5，M-MoS2的投加量為20 mg，吸附溫度為25 ℃，吸附時(shí)間為100 min），蒙脫土-二硫化鉬復(fù)合材料對(duì)水中Pb2+的去除率可達(dá)99.6%。