アセチルジチオカルバミン酸ナトリウムを用いた水溶液からのCuとNiの除去に関する実験と理論の研究

Experimental and theoretical studies of sodium acetyldithiocarbamate for the removal of Cu and Ni from aqueous solution.

• Xupeng Ding
• Meng Li
• Wenzhong Yang
• Kegui Zhang
• Zhaoshun Zuo
• Yun Chen
• Xiaoshuang Yin
• Ying Liu

抄録

水質汚濁の継続的な悪化に伴い、水溶液から重金属イオンを除去するための各種捕集材の使用が広く注目されている。本研究では、アセトアミドと二硫化炭素を組み合わせた耐酸性捕集材であるアセチルジチオカルバミン酸ナトリウム(ADTC)を用いた重金属除去法を提案し、その構造をフーリエ変換赤外分光法(Fourier transform infrared spectroscopy)で解析した。ADTCの構造をフーリエ変換赤外分光法(FT-IR)と核磁気共鳴分光法(NMR)で評価した。キレート剤処理前後の溶液中の金属イオン濃度の検出には、火炎原子吸光光度法(FAAS)を用いた。pH=1〜7の酸性水溶液中のCu, Niのキレート剤の違いによるキレート除去効率を比較し、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム(DDTC)及びエチルキサンチン酸ナトリウム(SEX)のキレート剤のキレート除去効率と比較した。実験の結果、CuとNiのキレート除去能はADTC>DDTC>SEXの順であることが示唆された。Niに対するADTCのキレート能はCuよりも強い。集電体のキレート能力はｐＨ値の影響を大きく受ける。ADTCは3〜7のpH範囲で良好なキレート能力を有している。量子化学における分子軌道分布、電荷および静電ポテンシャル面を用いて、キレート剤の主な活性部位はS原子であることを明らかにした。高分解能質量分析の結果、ADTCは正の2価金属イオンと2:1の比率で配位していることがわかった。これによると、ジチオアミノ(-NHCSS)基が正の2価の金属イオンと2:1の比率で配位していることがわかった。分子動力学シミュレーションを用いて、キレート剤の金属表面への吸着エネルギーと結合強度を調べた。

With the continuous worsening of water pollution, the use of various collectors to remove heavy metal ions from aqueous solutions has attracted widespread attention. In this work, an acid-resistant collector, sodium acetyldithiocarbamate (ADTC) that combines acetamide with carbon disulfide was proposed for heavy metal removal. The structure of ADTC was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and nuclear magnetic resonance spectrometer (NMR). Flame atomic absorption spectrophotometry (FAAS) was used to detect the concentration of metal ions in the solution before and after the treatment of the chelating agents. The chelation removal efficiency are compared for different chelating agents for Cu and Ni in acidic aqueous solution with pH = 1-7, and compared to the chelation removal efficiency of sodium diethyldithiocarbamate (DDTC) and sodium ethyl xanthate (SEX) chelating agents. The experimental results suggest the order of the chelating ability is ADTC > DDTC > SEX for Cu and Ni. The chelating ability of ADTC to Ni is stronger than that of Cu. The chelating ability of the collector is greatly affected by the pH value. The ADTC has a good chelating ability in the pH range of 3-7. The molecular orbital distribution, charge and electrostatic potential surfaces in quantum chemistry are used to explore the main active sites of the chelating agent are the S atom. The results of high resolution mass spectrometry showed that the ADTC is coordinated with the positive divalent metal ion in the ratio of 2:1. According to the results, the dithioamino (-NHCSS) groups are coordinated with the positive divalent metal ion in a 2:1 ratio. Molecular dynamics simulation is used to explore the adsorption energy and binding strength of the chelating agent on the metal surface.

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