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磷酸鋯吸附-無害化處理重金屬污染
磷酸鋯修飾電極進行重金屬離子的吸附與檢測
實驗方法
硝酸鉛 [Pb(N03)2]作為Pb2+的來源。實驗所用吸附劑(ZrP)均為50 mg。所有的吸附實驗均在室溫條件下與150 mL的錐形瓶中進行。100 mL的NaAc-HAc (pH 4.0)溶液中混有不同濃度的金屬離子。為了使吸附達到平衡，溶液在搖床中震蕩24 h。其固相和液相經10000 rpm下離心6 min得以分離，用電感耦合等離子體原子發射光譜儀(ICP)檢測上層清液中金屬離子的濃度，并將離心所得固體在真空干燥箱中，65℃ 條件下干燥用于XPS分析。整個實驗過程中，用0.1 M NaAc和HAc溶液來調節體系的pH始終維持在4.0。吸附試驗在常溫常壓下進行。
層狀磷酸鋯（ZrP）選擇性電化學檢測Pb2+的示意圖及吸附或未吸附重金屬離子的幾何結構
經ZrP吸附的Pb2+擴散至電極表面并在一定電位下還原為Pb，隨后經陽極溶出將其再氧化為Pb2+，通過Pb2+的溶出峰電流可測定定量吸附的Pb2+。在諸多常見金屬離子當中，如Zn2+，cd2+，Pb2+，Cu2+’，Hg2+基于Pb2+與剝層ZrP的較強的結合作用，我們認為剝層ZrP這一修飾材料可優先吸附Pb2+，繼而在諸多金屬離子中實現對pb2+的選擇性檢測。
大分子客體(四甲基氫氧化銨水溶液)TMAOH克服α-ZrP層與層之間的相互作用力，插層進入主體材料層板之間，使α-ZrP層間距增大，經攪拌超聲后層與層被迫分離得到分離的單體ZrP片層的過程。由于α-ZrP的層板與層間含有大量的活性基團P-OH，該基團在水溶液中容易質子化后脫去質子H使得層板表面帶負電荷；大分子的TMA+端基帶正電荷，因此，正負電荷之間的靜電作用力使TMA+進入層板之間，層間距增大，超聲處理后層與層之間分離，每一個片層都成為了一個獨立的個體。
吸附能力的比較
剝離的單層磷酸鋯(ZrP)在pH=4.0的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中對金屬離子Pb2+,cd2+，Cu2+，Zn2+，Hg2+吸附能力的強弱。（50 mg的吸附劑磷酸鋯加入到100 mL分別含有0.25,0.5,1.0 mM的金屬離子溶液中。）
ZrP材料對五種金屬離子都表現出了很好的吸附能力，其中，對Pb2+,的吸附容量明顯高于其它四種金屬離子，即剝離之后的單層ZrP材料在電化學檢測的實驗條件下對Pb2+,依然表現出了良好的選擇性吸附的能力。如下圖所示
在所示的總圖譜中，ZrP材料中的本征元素O，C，Zr，P分別在電子能為532，284，183及134 eV處出現了特征峰，對應于Ols，Cls，Zr3d和P2p軌道的能量值。除此之外，吸附后的材料中分別表現出了不同程度強弱的金屬元素Pb，Cd，Cu，Hg，Zn的特征峰，說明ZrP材料對五種金屬離子都有吸附作用。其中，Pb的特征峰信號非常明顯，其它幾種金屬元素的特征峰信號比較微弱，但依然是可以被探測的到的，由此進一步驗證了ZrP材料對Pb2+,有較強的吸附選擇性。
結論
磷酸鋯（ZrP）對金屬離子的選擇性響應起源于它們之間的選擇性的吸附作用。
磷酸鋯(ZrP)之所以對鉛（Pb2+），表現出了較強的吸附能力，由于吸附完成后，磷酸鋯與Pb原子發生了內部絡合作用，而吸附其它幾種金屬離子則主要是由于靜電吸引作用力，顯然，絡合作用力要明顯強于單純的靜電作用；另一方面，磷酸鋯是一種陽離子型的離子交換劑，一般情況下，具有較低水合能的二價金屬離子更容易被吸附到陽離子交換劑上，在幾種金屬離子中，Pb2+,具有較低的水合能，因此更容易與磷酸鋯發生反應，這也可能是對金屬離子具有選擇性作用的一個原因
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