二硫代氨基甲酸酯配体去除污水中重金属的研究

二硫代氨基甲酸酯配体去除污水中重金属的研究

“ - 【·前言·】 - ”

目前，重金属越来越受到人们的关注，并因其对健康的不利影响而成为最严重的环境问题之一。这些有毒的重金属不易降解，需要从污染的水中去除，以保护人类和环境。

本研究的目的是制备两种二硫代氨基甲酸酯配体，一种是脂肪族的，另一种是芳香族的，并将它们用作螯合剂，用于去除废水中的铅、镉、铜和锌。之所以选择二硫代氨基甲酸酯，是因为它们具有良好的结合能力，并且可以将金属离子沉淀为复合物。

比较了两种配体的金属去除效率，并与活性炭吸附过程中对同种金属的去除效率进行了比较。二苯基二硫代氨基甲酸酯配体比二乙基二硫代氨基甲酸酯类似物更有效地去除所研究的金属，并且二苯基二硫代氨基甲酸酯配体的金属去除效率比使用活性炭方法更有效。

“ - 【·介绍·】 - ”

有毒重金属造成的环境污染最近引起了人们的极大关注，并且由于这些重金属的排放和不利影响而已成为一个严重的问题。这些金属通过人类活动存在于全球，并直接或间接地排放到环境中，进入空气、水和食物来源。

这些排放的金属不能被生物降解，可能会发生转化，对环境、公共卫生和经济产生重大影响。而且大多数有毒重金属往往会在生物体或植物的重要器官中积累。本次调查关注的污染物包括铅、镉、铜和锌。

这些金属在常见的消费品和基础设施工程、造纸和纸浆工业、皮革鞣制、塑料稳定剂、照相材料、肥料、颜料、电池等领域有广泛的应用。镉和铅具有毒性，对人类和生物体的健康有负面影响，而锌和铜在低剂量下对人类和动物相对无毒。

它们是生物体正常运作所必需的，参与蛋白质和碳水化合物的代谢。然而，接触高剂量的重金属是有害的，会导致许多不良健康影响并破坏许多生化过程。应从污染的水中去除这些有毒重金属，以保护人类和环境。

有多种技术可用于去除污染水中的溶解和悬浮重金属。这些技术包括化学沉淀过滤、离子交换、反渗透、氧化还原、溶剂萃取、吸附、凝集、植物叶提取、电化学处理技术和膜分离。

寻找从水中去除重金属的新方法是现代科研竞赛中最重要的领域之一。该领域最丰富的研究材料之一是二硫代氨基甲酸酯配体，这是一种含有多个单、双负电荷配体基团的二硫代硫酸盐配体。

二硫代氨基甲酸酯类化合物具有多种结合能力，能与大多数过渡金属形成配合物，在工业、农业、药物制剂等领域有重要应用，近年来受到越来越多的关注。

它们在某些医药领域用作杀菌剂、杀细菌剂、杀虫剂、除藻剂和 NO 清除剂。它们被用作镉中毒的有效解毒剂。除了在材料科学中的应用外，它们还被用作连接剂，以改善分子线连接中的电子转移特性。

它们还用作腐蚀抑制剂、改善润滑剂质量的添加剂和橡胶工业中的硫化促进剂。许多研究已成功使用二硫代氨基甲酸酯衍生物作为配体从水溶液中去除某些金属离子。

本研究旨在利用二硫代氨基甲酸酯衍生配体去除受污染水中的重金属离子，其中氮和硫原子以各种杂化状态存在。

二硫代氨基甲酸盐对各种氧化态的金属离子具有很强的螯合能力，并且由于它们倾向于在氮和硫原子与金属离子之间共享电子，因此具有出色的去除重金属的能力。二硫代氨基甲酸盐在水中形成不溶性的稳定有色金属络合物，这使其成为从污染水中去除重金属的极佳配体。

在本研究中，我们制备了两种二硫代氨基甲酸酯配体：第一种是脂肪族化合物，第二种是芳香族化合物。这些配体用于处理含有不同浓度的选定有毒重金属的废水。然后将使用这种方法去除这些金属的效率与活性炭吸附的效率进行了比较。还评估了这些配体应用的优势和局限性。

“ - 【·材料和方法·】 - ”

实验中使用的所有铅、铜和锌溶液都是通过用 5– 稀释铅、铜和锌的参考溶液而制备的。浓度为 4 ppm 的镉溶液是通过用 4– 稀释参考镉溶液而制备的。精确浓度的参考溶液可从原子吸收光谱仪的供应商处获得。

用 50 mL 容量瓶稀释 0.5、1、1.5、2、2.5 和 3 mL 的稀释 100 ppm 参比溶液，制备浓度为 1、2、3、4、5 和 6 ppm 的铅、铜和锌标准溶液。对于镉，用 50 mL 容量瓶稀释 0.5、1、1.5、2 和 2.5 mL 的稀释 100 ppm 镉参比溶液，制备浓度为 0.5、1、1.5、2 和 2.5 mL 的稀释 100 ppm 镉参比溶液。

制备了1、2、3、4和5 ppm标准溶液。这是由于浓度达到5 ppm后镉溶液与比尔定律的偏差为负值。二乙基二硫代氨基甲酸钠盐的制备方法根据报道的方法进行了一些修改。其制备方法是将2 g NaOH溶解在最少量的蒸馏水中，并与5.19 mL二乙胺2 New 2在圆底烧瓶中混合。

用磁力搅拌器搅拌混合物几分钟，然后向混合物中逐滴加入3.5毫升二硫化碳溶液，直至出现淡黄色。然后搅拌混合物2小时，加热以蒸发尽可能多的水。将混合物在室温下冷却24小时，沉淀出黄白色晶体。

用 3:1 的乙醚和乙醇混合物清洗沉淀物，然后风干。产率为 85%，熔点为 97 °C。该化合物的红外光谱分别在 980 cm−1 范围内显示出 C-NR2 和 CS 拉伸模式的特征吸收。这些观察结果与文献中报道的一致。

在本研究中，我们利用紫外光谱法通过摩尔比法确定配体与金属的比例。溶液中的金属浓度固定在 5 ppm，pH 值对每种金属的去除效率最高，如表 1 所示，并被视为空白样品。

在相同的先前条件下，对含有金属和不断增加的配体浓度的样品进行分析。测量每个样品的吸收率，并绘制配体浓度与吸收率的关系图。绘制的图显示了配体浓度与吸收率之间的直接相关性，直到配体浓度为金属浓度的两倍时吸收率才趋于稳定。

熔点和红外光谱观察结果支持了金属配合物的结构，该结构与报道的结构相似。对每种金属和每种配体重复此过程。

将参考溶液稀释至 1000 ppm，制备适当浓度的金属溶液。使用 pH 计测量 pH 值，并使用 1 M 高氯酸滴进行调整。将总共 20 mL 所需浓度的金属溶液放入聚乙烯容器中，并按 2:1 的比例添加配体。

沉淀后过滤沉淀物并用原子吸收分光光度计分析。每个样品分析重复三次，计算算术平均值以确认结果。在相同pH下，在没有配体的情况下为每种金属溶液制备空白样品以确定初始浓度。

然后，通过使用原子吸收光谱仪观察浓度测量值的下降来研究所选金属从其溶液中的平均去除率。在测量过程之前，适当搅拌样品以确保内容物的均匀性。在这种情况下，通过添加活性炭并考虑时间因素重复相同的步骤。

在第一种情况下会形成复合物，而在活性炭的情况下，吸附过程取决于时间因素。因此，我们在本研究中保持这两个过程的时间段相同。我们还为每种金属准备了空白样品，由特定浓度的金属和已知百分比的芳香族二硫代氨基甲酸酯配体组成。

其酸度值将导致每种金属的去除效率最高。然后，我们将这种情况下去除的金属量与使用芳香族二硫代氨基甲酸酯配体时去除的金属量进行比较。发现两种去除情况的差异为 0.003 ppm，表明两种工艺的时间非常相似。这将在性能效率比较中产生更好的分数。

“ - 【·结果与讨论·】 - ”

红外光谱实验结果与文献报道一致。此外，红外光谱观测结果支持了所提出的金属配合物结构，这些结构与报道的结构相似。在所有金属配合物中，配体都是双齿的，并且在 960-−1 区域观察到双齿特性。

二硫代氨基甲酸酯复合物的主要红外光谱峰位置显示硫脲谱带在 1460–1C=S 谱带在 950–1040 cm−1 范围内，证明了二硫代氨基甲酸酯部分的存在。考虑到本研究中获得的观察结果，我们发现时间是影响使用活性炭时金属去除效率的重要因素。

这是因为这种方法依赖于吸附的原理，而吸附与时间成正比。因此，我们发现，对于所有研究的金属来说，这是因为复合物的形成过程是一个在很短的时间内发生的化学反应，使得这种考虑到时间因素的方法成为最佳方法。

总的来说，活性炭去除金属的效率随着 pH 值的增加而增加。因此，为了有效地使用活性炭进行水净化，我们必须大幅提高 pH 值，这可能会导致水毒性。相反，使用二硫代氨基甲酸盐配体已被证明可以在接近普通水的 pH 范围内有效去除本实验中研究的金属。

“——【·作者认为·】——”

研究表明，在相同 pH 值下，二苯基二硫代氨基甲酸酯配体比脂肪族类似物更能有效地从水溶液中去除所研究的重金属离子。这是因为二苯基二硫代氨基甲酸酯配体更稳定，对重金属具有较高的结合能力。

我们的观察表明，重金属去除效率取决于所用配体的类型。当考虑到时间时，与活性炭的效率相比，二苯基二硫代氨基甲酸酯在所有测试的pH值下去除所研究的金属的效率更高。因此，二苯基二硫代氨基甲酸酯可有效去除水溶液中的重金属离子，为处理含有多种重金属离子的污染水提供了一种潜在的方法。

“ - 【·参考·】 -

Hamdi, N.井水中重金属和氟化物的非致癌风险评估， and ，2013年。

Ahmed，《沉积物中重金属的富集和地质累积以及风险评估》，《Total 》，2001 年。

，N.，“沉积物中几种自然生长的本地植物对铜、镍和铅的富集”， ，2009 年。