镉离子印迹环氧树脂基整体柱的制备及性能

镉离子印迹环氧树脂基整体柱的制备及性能一、实验目的：1、了解环氧树脂印迹整体柱的制备原理；2、知道镉离子印迹环氧树脂基整体柱的吸附于洗脱机理；3、学会对镉离子印迹环氧树脂基整体柱性能的探索与分析；二、实验原理1、环氧树脂整体柱的制备原理：环氧树脂整体柱的制备当中,将环氧树脂的胺类固化剂与镉离子形成络合物,再进行聚合反应,完全固化以后除去致孔剂和作为模板的目标离子,即可得到镉离子印迹的环氧树脂基聚合物整体柱。反应物和聚合后产物的结构示意图如Fig.1所示,其中聚合物的结构示意图只给出了主链部分,波纹线表示可能的取代基或者支链,并且联结成三维网状交联结构。2、印迹整体柱的吸附于洗脱当含Cd2+溶液流经整体树脂时，形成络合物被保留在那些已存在的孔洞里。这样就能对溶液里的Cd2+进行吸附。而当已吸附的树脂经过PH较高的酸溶液时，Cd2+的结合位点被溶液中的H+抢占，从而从树脂中洗脱出来，进入溶液当中。三、仪器与试剂仪器：50ml的干燥烧杯一个5ml移液管一根10ml容量瓶若干10ml试管若干试管架一个移液管一个50ml烧杯若干加热器SK-1快速混匀器PH酸度计1台试剂：PEG（聚乙二醇）-1540环氧树脂二乙基三胺65%~~68%的浓HNO336%~~38%的浓HCl检测器：PerkinElmer生产的ICP-AES1台四、实验步骤1、离子印迹环氧树脂基整体柱的制备在50ml干燥的烧杯中用分析天平准确称取4.0000gPEG-1540，加热溶化。同时称取0.0257g固体3CdSO4·8H2O。把称好的3CdSO4·8H2O固体倒入溶化的PEG-1540当中，用快速混匀器迅速混匀。混匀之后，加入2g环氧树脂，同样使用快速混匀器，使环氧树脂和致孔剂PEG-1540混合均匀。最后加入硬化剂二乙烯基三胺，混合均匀后，装柱。在60℃恒温箱中继续反应24小时。得到白色固体柱子，取出后冷却，用去离子水反复冲洗，直至呈中性。干燥后备用。2、离子印迹环氧树脂基整体柱的性能配制20ppm的Cd2+标准液称取0.0228g3CdSO4·8H2O固体，用去离子水溶解，然后转移到10ml的容量瓶中，用去离子水稀释到刻度，配成1000ppm的Cd2+标准液。混合均匀后，从中用5ml移液管移取5ml标准液到250ml的容量瓶中，用去离子水稀释到刻度，配成20ppm的Cd2+标准液，混匀后备用。（1）吸附性能①吸附时间在10ml试管中准确倒入10ml20ppm的Cd2+标准液，称取约0.1000g已制好的固定相，然后放入已有标准液的试管中，用保鲜膜密闭保存。按上步骤做4,5个模拟吸附装置。每隔一定时间从中取出一个模拟吸附装置，用吸管吸取上清液到干燥的空试管中，进行ICP-AES测定，记录时间，即测定不同时间内的吸附量，注意记录该试管所用固定相的质量。②吸附溶液的PH用65%的浓硝酸配制成1mol/L，0.1mol/L，0.01mol/LHNO3标准溶液。在5个10ml试管中准确倒入10ml20ppm的Cd2+标准液，分别用移液枪移取0.1ml1mol/L的HNO3标准溶液，0.1ml0.1mol/LHNO3标准溶液，0.1ml0.01mol/LHNO3标准溶液，0.01ml0.01mol/LHNO3标准溶液，和不加酸，并对其溶液的PH进行测定，用PH对试管进行编号，称取约为0.1000g的固定相放入试管中，记入每支试管中固定相的质量。密闭保存让其充分吸附。结束后取上清液进行ICP-AES测定。（2）洗脱性能①洗脱液配制物质的量浓度均为1.1250mol/L的HNO3溶液和HCl溶液称取质量相同的固定相，直接放入装有10ml的1.1250mol/L的HNO3溶液和HCl溶液，以及去离子水中，每隔一段时间观察柱子的变化。②洗脱时间先取4个试管在直接用20ppmCd2+标准溶液，吸附时间为24h的吸附条件下，做吸附实验，并测出吸附后溶液中Cd2+的含量，再从试管中把固定相取出干燥后放入装有10ml1.125mol/L的盐酸溶液的试管中，用保鲜膜密闭进行洗脱，每隔一段时间，取出一试管，用吸管吸取上清液到干燥的空试管中，进行ICP-AES测定，记录时间，即测定不同时间内的洗脱量。③洗脱液的PH同样先取4个试管在直接用20ppmCd2+标准溶液，吸附时间为24h的吸附条件下，做吸附实验，并测出吸附后溶液中Cd2+的含量，再从试管中把固定相取出干燥后分别放入物质的量为0.225mol/L，1.125mol/L，2.25mol/L，4.5mol/L的酸溶液当中，密闭洗脱24小时，结束后取上清液进行ICP-AES测定。（3）吸附容量在10ml的容量瓶中配制Cd2+浓度分别为200ppm,100ppm,10ppm,1ppm，0.1ppm的标准溶液，称取约为0.1000g固定相放入容量瓶中，记录每支试管中固定相的质量，用保鲜膜密闭保存让其充分吸附。结束后取上清液进行ICP-AES测定。五、数据处理与实验总结（1）测定时间2010年4月8日有关吸附容量和吸附时间，吸附PH的实验数据：配制2ppm，4ppm，6ppm，8ppm的Cd2+标准溶液测定吸光度做吸光度-浓度标准曲线：A=4141000*c-5038978R2=0.912992A为吸光度，c为溶液中Cd2+的浓度，R为线性相关系数吸附时间数据表编号N固定相质量（g）时间（h）吸附后溶液浓度ct（ppm）吸附量ugCd2+/g干树脂吸附百分数（%）10.093842.0881909.59488389.5620.106962.1821666.79139489.0930.101981.9881767.61530990.0640.0993102.1391798.69083689.30550.1034241.8961750.87040690.52吸附量=【（c0-ct）*V】/m固定相V=10mlco=20ppm总结：24小时吸附百分数最大，高达90.52%。吸附溶液PH数据表编号N固定相质量（g）PH吸附后溶液浓度ct（ppm）吸附量ugCd2+/g干树脂吸附百分数（%）110.10011.922.8691711.38861185.655120.09922.830.6151954.13306596.925130.09983.820.8141922.4448995.93140.099350.8071932.82980995.96515吸附量=【（c0-ct）*V】/m固定相V=10mlco=20ppm总结：由于第5组数据中20ppm的标准液不够，无法进行同样测定，舍去。得出了PH=2.83和PH=5时2个吸附量较大，根据吸附原理推测其中一个数据是错误的。固定相吸附容量测定编号N固定相质量（g）体积V（ml）初始浓度co（ppm）吸附后溶液浓度ct（ppm）吸附量ugCd2+/g干树脂100.1001102006.96719284.0159860.101491005.3618399.91124370.10059100.363863.014925480.0993910.0288.8217522790.1013100.10.0019.772951629吸附量=【（c0-ct）*V】/m固定相结论：在该实验条件下最大吸附容量为1928.4ugCd2+/g干树脂，可以从数据看出并未达到最大吸附容量。建议继续加大初始浓度进行实验。（2）测定时间为2010年5月16日所用的洗脱液为HNO3A=630800*c-235466R2=0.989819吸附时间和吸附溶液PH数据表固定相质量（g）时间（h）PH吸附后溶液浓度ct（ppm）吸附量ugCd2+/g干树脂吸附百分数（%）0.0919313.93660.530.40.0965513.46677.732.70.0981712.98715.635.10.1001913.47652.332.70.10152410.08977.349.60.10221.0517.45249.512.80.09822.0217.15290.214.30.09772.875.0741527.774.60.09743.813.7971663.681.00.09824.74.8121546.675.9洗脱时间数据表编号N固定相质量（g）吸附后溶液浓度ct（ppm）时间（h）洗脱后后溶液浓度ct（ppm）洗脱百分数（%）⑤0.098713.0046.81334.2⑥0.100913.0585.67128.5⑦0.10113.09223.98120.0⑧0.093913.892417.487.4结论：较第一组数据明显柱子吸附性能下降，是由于柱子没有保存好，得出最佳吸附时间为24小时，pH为5.05即不加酸性溶液的20ppmCd2+标准溶液。洗脱PH数据表编号N固定相质量（g）吸附后溶液浓度ct（ppm）cHNO3（mol/L）洗脱后后溶液浓度ct（ppm）洗脱百分数（%）①0.100711.880.2257.26536.50882192②0.092414.591.1252.6913.51242741③0.100611.932.2503.40917.13116978④0.099614.114.5003.60318.10516372结论：HNO3的物质的量浓度是0.225mol/L时洗脱效果最好。洗脱时间数据表结论：从前3组变化规律看，4小时吸附百分数较高，第⑧组数据升高呈不规则变化。（3）测定时间2010年6月11日（所用洗脱液为HNO3）（柱子是新做的）A=530300*c+25802.2R2=0.9999标准液实际浓度为c0=18.35mol/L洗脱时间和洗脱PH数据表N编号固定相质量（g）吸附后溶液中Cd浓度（ppm）洗脱时间（h）洗脱后溶液中Cd浓度（ppm）洗脱百分数（%）10.09809.46357.65186.120.099213.110115.306101.330.099712.710246.563116.440.095510.500257.47095.2N编号固定相质量（g）吸附后溶液中Cd浓度（ppm）cHNO3（mol/L）洗脱后溶液中Cd浓度（ppm）洗脱百分数（%）50.098912.640.0225有絮状物（未测）60.099711.601.12507.25107.470.098411.522.25007.245106.180.098011.704.500014.68220.8结论：和5月16号数据比较看不出任何信息。现象：一段时间后洗脱柱子中出现黄色絮状悬浮物。比较试验：时间现象柱子+去离子水13小时无柱子+1.125mol/LHNO313小时白色絮状悬浮物（少量柱子+1.125mol/LHCl13小时黄色絮状悬浮物（大量结论：酸能够破坏柱子，而强氧化性酸对柱子的破坏更为严重。重新选用HCl进行时间的实验。用HCl洗脱，洗脱实验数据数表N编固定相质量（g）吸附后溶液中Cd浓度洗脱时间洗脱后溶液中Cd浓度洗脱百分数（%）号（ppm）（h）（ppm）①0.09849.89913.94046.6②0.09359.34624.59451.0③0.09959.16536.28468.4④0.09539.47845.19058.5⑤0.097810.67054.69861.2总结：舍去第⑤数据反常可看出最佳洗脱时间为3小时。实验总结：吸附时间为24小时，PH即不用进行调解20ppm的Cd2+标准溶液，洗脱液用HCl比较适合，洗脱时间为3小时，洗脱PH为0.0225~~1.1250之间。