孫耀冉

（石家莊學院 化工學院，河北 石家莊 050035）

0 引言

銦在銦錫氧化物、硒銦銅薄膜太陽電池、光纖通訊、原子能、電視、防腐以及其他工業(yè)方面的應用越來越廣泛.近年來銦作為戰(zhàn)略資源，在高科技武器制造中也有著極其重要的作用，但自然界中的銦大部分以稀散狀態(tài)微量伴生于其他礦石中.銦一般與閃鋅礦伴生[1]，銦工業(yè)生產中存在雜質分離困難、回收效率低及生產成本過高等問題.基于對銦高選擇性的要求，筆者制備了氨基膦酸螯合纖維（TEPAPCF）[2]，在TEPAPCF對銦的靜態(tài)吸附性能的研究基礎上，研究TEPAPCF對銦鐵混合溶液中In（Ⅲ）的動態(tài)吸附選擇性，并對動態(tài)吸附性能的影響因素進行考察，以期將螯合纖維技術應用在銦富集分離的生產實踐中的銦鐵分離難題中.

1 實驗試劑與儀器

FeSO4·7H2O，F(xiàn)eCl3·6H2O，ZnCl2，In2（SO4）3，NaOH，HCl均為市售分析純，TEPACF為實驗室自制.實驗中所用水均為去離子水.

Optima ICP-OES（美國PerkinElmer公司）；SHA-B恒溫振蕩器（常州國華電器有限公司）；AR2140電子天平（奧豪斯公司）；PHS-25雷磁數(shù)字酸度計（上海精密科學儀器公司）；BSZ-160F電腦自動部分收集器（上海精科實業(yè)有限公司）；BT100-1J恒流泵（保定蘭格恒流泵有限公司）；20～200 μL取樣器[芬蘭百得實驗室儀器（中國）有限公司].

2 實驗方法

2.1 動態(tài)吸附實驗

準確稱取一定質量的TEPAPCF，在蒸餾水中浸泡30 min，充分浸潤后，除去纖維表面的氣泡，于蒸餾水中按照一定的裝填密度裝入離子交換柱，控制一定流速并加入預先配制的一定濃度的金屬離子溶液，透出液用電腦自動部分收集器分段收集，直至纖維對金屬離子不再吸附為止.測定收集管中透出液的金屬離子的濃度，然后以透出率為縱坐標，以流出液體積為橫坐標繪制穿透曲線[3].

2.2 動態(tài)解吸實驗

動態(tài)吸附飽和后的TEPAPCF先用蒸餾水沖洗，然后再用一定濃度的解吸劑在一定的流速下解吸，用電腦自動收集器分段收集，直到透出液中不含金屬離子為止，測定透出液金屬離子的濃度，然后以濃度為縱坐標，以解吸液體積為橫坐標繪制解吸曲線[4].

2.3 ICP-OES 法檢測 In（Ⅲ）、Fe、Zn（Ⅱ）濃度

In、Fe和 Zn 的最佳分析線分別為 325.609，238.204，213.857 nm，在泵進樣量 1.50 mL·min-1、輔助氣流量0.2 mL·min-1、射頻功率 1 300 W，等離子體 15 mL·min-1、霧化器 0.80 mL·min-1下進行測定.

3 實驗結果與討論

3.1 TEPAPCF 對混合溶液中 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）的動態(tài)吸附

稱取0.50 g TEPAPCF裝柱，柱內徑0.6 cm，柱高8.0 cm，加入濃度分別為100 mg·L-1的FeSO4、ZnSO4和In2（SO4）3溶液，調整pH值為2.80，以流速為0.80 mL·min-1（0.35 BV·min-1）按2.1和2.2所述的方法進行動態(tài)吸附和解吸實驗，圖1給出了3種金屬離子的穿透曲線和解吸曲線.

從圖 1（a）可以看出，F(xiàn)e（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）很快穿透，In（Ⅲ）在 100 mL 時開始穿透，在該條件下，TEPAPCF 對In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）能有效分離；從圖 1（b）可以看出，解吸液中 In（Ⅲ）的濃度最高，達到 1 000 mg·L-1，濃縮倍數(shù)大于 10，F(xiàn)e（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）的濃度相當，在 200 mg·L-1左右，所以在該條件下，TEPAPCF 能從 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）混合溶液中有效分離富集In（Ⅲ）.

3.2 TEPAPCF 對混合溶液中 In（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）、Zn（Ⅱ）的動態(tài)吸附

稱取0.50 g TEPAPCF裝柱，柱內徑0.6 cm，柱高8.0 cm，加入濃度分別為50 mg·L-1的Fe2（SO4）3、ZnSO4和In2（SO4）3溶液，pH值調整到2.60，以流速為0.80 mL·min-1（0.35 BV·min-1）按2.1和2.2所述的方法進行動態(tài)吸附和解吸實驗，圖2給出了3種金屬離子的穿透曲線和解吸曲線.

從圖2（a）可以看出，Zn（Ⅱ）在透出液體積為30 mL開始穿透，In（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）的穿透曲線幾乎重合，在實驗范圍內一直沒有穿透；從圖2（b）可以看出，解吸液中In（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）的濃度相當，濃縮倍數(shù)近20，Zn（Ⅱ）的濃度在200 mg·L-1左右，在該條件下，TEPAPCF 能從 In（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）和 Zn（Ⅱ）混合溶液中有效分離 Zn（Ⅱ），但是In（Ⅲ）和Fe（Ⅲ）的吸附行為一直無法分離，通過動態(tài)吸附性能的研究表明TEPAPCF對三價金屬離子具有很好的吸附選擇性.

3.3 TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）影響因素研究

稱取0.50 g TEPAPCF裝柱，柱內徑0.6 cm，柱高8.0 cm，研究不同pH值、不同溶液濃度和不同流速對動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的影響，表1給出了實驗中的主要吸附條件.

圖 1 TEPAPCF 動態(tài)吸附 In(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)

圖2 TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）、Zn（Ⅱ）

表1 動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）影響因素研究的主要條件

3.3.1 溶液pH值對TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的影響

圖3 pH值對TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的影響

按表1中的不同pH值條件和2.1節(jié)所述的方法進行動態(tài)吸附，圖3給出了不同pH值時3種金屬離子的穿透曲線.從圖3（a）～（d）可以看出，當溶液pH值為1.38和2.00時，3種離子很快穿透，溶液pH值升高到2.20和2.42時吸附開始，TEPAPCF能從In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）混合溶液中有效分離富集In（Ⅲ）.如果溶液pH值繼續(xù)升高時，溶液中Fe（Ⅱ）會被氧化成Fe（Ⅲ）而吸附于柱中，pH值為2.60時，F(xiàn)e（Ⅱ）開始被氧化成Fe（Ⅲ），穿透延遲，所以動態(tài)吸附的最佳pH值條件為2.40～2.50.

3.3.2 溶液濃度對TEPAPCF動態(tài)吸附In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的影響

按表1中不同溶液濃度條件和2.1節(jié)與2.2節(jié)所述的方法進行動態(tài)吸附和解吸實驗，圖4和圖5分別給出了兩組濃度比不同的溶液中3種離子的穿透曲線和解吸曲線.從圖4和圖5可以看出，其他吸附條件相同，溶液中Zn（Ⅱ）和Fe（Ⅱ）的濃度大幅度提高，In（Ⅲ）的濃度不變時，由于大量Zn（Ⅱ）和Fe（Ⅱ）的競爭吸附的影響，In（Ⅲ）的穿透提前，且解吸液中Zn（Ⅱ）和Fe（Ⅱ）的比例增加，但TEPAPCF仍然能夠分離富集In（Ⅲ）.

3.3.3 流速對In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）動態(tài)吸附的影響

按表1中不同流速條件和2.1節(jié)與2.2節(jié)所述的方法進行動態(tài)吸附和解吸實驗，圖6和圖7分別給出了兩種流速時金屬離子的穿透曲線和解吸曲線.從圖6（a）和圖7（a）可以看出，在相同吸附條件下，當流速從 0.40 mL·min-1降低到 0.20 mL·min-1時，In（Ⅲ）的穿透延遲，TEPAPCF 對 In（Ⅲ）和 Fe（II）的吸附容量都增大；從圖 6（b）和圖 7（b）可以看出，當流速為 0.20 mL·min-1時，F(xiàn)e:In（濃度比）從吸附前液中的 18:1 減小到了3:1，Zn（Ⅱ）的濃度很小.所以流速降低到0.20 mL·min-1時TEPAPCF完成了混合溶液中In（Ⅲ）的分離富集.

4 結論

動態(tài)吸附性能研究表明：1）TEPAPCF對三價金屬離子具有很好的吸附選擇性，在一定的條件下，TEPAPCF能從 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）混合溶液中分離富集 In（Ⅲ）.2）各因素對 TEPAPCF吸附 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）動態(tài)性能的影響研究結果表明，pH 值為 2.40～2.50，流速為 0.20 mL·min-1時，TEPAPCF能從 In（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）和 Zn（Ⅱ）混合溶液中有效分離富集In（Ⅲ）溶液；當溶液中 Zn（Ⅱ）和 Fe（Ⅱ）的濃度大幅度提高，In（Ⅲ）的穿透時間提前，且解吸液中鐵和鋅的比例增加.

圖4 Zn:Fe:In（濃度比）為8:18:1時的動態(tài)吸附

圖5 Zn:Fe:In（濃度比）為5:12:1時的動態(tài)吸附

圖6 流速為0.40 mL·min-1時的動態(tài)吸附

圖7 流速為0.20 mL·min-1時的動態(tài)吸附