三种新型杂环聚合物吸附分离钯

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本文分别将2-巯基苯并恶唑、2-巯基苯并咪唑、4-甲基-2-巯基苯并噻唑杂环化合物接枝到氯球聚合物基体上,制备了PS-MBO、PS-MBI和PS-MMBT三种新型杂环聚合物吸附剂,用于氯化介质中,从Pd(II),Pt(IV),Rh(III),Cu2+,Ni2+,Fe3+,和Zn2+的混合溶液中选择性回收Pd(II)。对最佳吸附pH值,最大吸附容量,混合离子分离条件等关键吸附分离参数进行了研究,对吸附分离机理进行了详细探讨。研究表明:PS-MBO、PS-MBI和PS-MMBT,在0.1 mol/L的盐酸水溶液中,对Pd(II)均有较佳的吸附效果,最大吸附容量分别为171.2 mg/g、138.8 mg/g、142.0mg/g,吸附过程均符合Langmuir模型,为自发的吸热反应,动力学研究表明:吸附过程符合准二级动力学模型和粒子内扩散模型。在最佳条件下,三种吸附剂均可从Pd(II),Pt(IV),Rh(III),Cu2+,Ni2+,Fe3+,和Zn2+的混合溶液中分离Pd(II),分离系数βPd/M(M:Pt,Rh,Cu,Ni,Fe,Zn)均高于1.0×103,PS-MBO具有良好的重复使用性能,经三次吸附-洗脱循环,PS-MBO吸附Pd(II)的回收率高于90.0%。FT-IR,XPS表征和密度泛函理论(DFT)计算显示:PS-MBO、PS-MBI和PS-MMBT吸附Pd(II)为配位机理,Pd(II)通过与恶唑、咪唑或噻唑环上S、N原子形成配位键,实现其与金属离子混合溶液的分离。为了分析和揭示阴离子金属氯化物被PS-MBO选择性吸附机理,选取PS-MBO树脂的一个结构单元作为模型分子(记为L)。利用密度泛函(DFT)理论,研究了金属离子的亲氯性,模型分子L与阴离子金属氯化物的配位强度以及阴离子金属氯化物在气相中的平均电荷密度。分别计算了[PdCl4]2-、[RhCl4]-、[RhCl5]2-、[RhCl6]3-和[PtCl6]2-在B3LYP/6-311++G**/SDD//B3LYP/6-31G**/SDD水平下的平均配位键能(ACE)。计算结果表明,[PdCl4]2-的ACE值最小,说明Pd(II)离子的亲氯性最弱,此外由于Pd(II)与L的N、S原子均能配位,而Pt(II),Rh(III)只与L的N原子有配位,理论上Pd(II)与L的配位相互作用应该强于Pt(II),Rh(III),因此,PS-MBO通过配位机理吸附[PdCl4]2-。采用阴离子的电荷数除以体积方法计算了[PdCl4]2-、[RhCl4]-、[RhCl5]2-、[RhCl6]3-和[PtCl6]2-离子的平均电荷密度,所得平均电荷密度顺序为[RhCl4]-(27)[PtCl6]2-(27)[RhCl5]2-(27)[PdCl4]2-。根据“最小电荷密度经验规则”原理,Rh(III)和Pt(IV)比Pd(II)更容易被阴离子交换机制吸附。
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