在极端质子竞争条件下（pH 2），硫脲的功能化稻壳纤维素对Pb(II)和Cu(II)的定量N–S螯合形态及pH依赖选择性：基于XPS的分析研究

《Talanta》：Quantitative N–S Chelation Speciation and pH-Dependent Selectivity of Pb(II) and Cu(II) on Thiourea-Functionalized Rice Husk Cellulose under Extreme Proton Competition (pH 2): An XPS-Based Analytical Study

　　

El-Sh. Ibrahim|Nahla A. Taha|Mai Sheta|Mahmoud M. Elewa

埃及亚历山大水务公司（AWCO）

摘要

在强酸性介质（pH 2）中，Pb(II) 和 Cu(II) 的选择性和定量形态分析仍然具有挑战性，因为传统的供氧螯合平台在极端质子竞争条件下会失去配位能力。本文报道了一种用硫脲官能化的稻壳纤维素（RH6）作为用于pH分辨金属形态分析的定量N–S配位平台。通过对N 1s 和 S 2p核心能级的高分辨率XPS反卷积分析（主要分析结果），发现尽管在pH 2时氮原子的质子化程度为65–67%，但仍有18–22%的N–M配位键和30–35%的S–M配位键存在（见表1和表2），从而直接量化了结合界面上的质子化与配位平衡。在多离子介质中测得的选择性系数（α(Pb/Fe) = 25 ± 6; α(Pb/Al) = 22 ± 5; α(Pb/Cu) = 3.1 ± 0.6）可以通过Pearson的HSAB软度参数和Irving–Williams稳定性序列进行定量预测，这为pH 2条件下的耐介质形态分析奠定了理论基础。基于AIC的动力学模型选择（PSO：R² = 0.992, AIC = ?150）表明，N–S配位键的形成是分析过程中的限速步骤。Langmuir等温线拟合得出q_m(Pb) = 625 mg g^{-1 和 q_m(Cu) = 542 mg g-1（pH 2），分离因子R_L < 0.12，证明了该平台的重复性和化学稳定性。这项工作为在复杂强酸性介质中基于形态分析测定软路易斯酸金属提供了定量且具有机理支持的分析框架。}

部分摘录

在强酸性介质（pH ≤ 2）中，对边缘和软路易斯酸金属（主要是Pb(II) 和 Cu(II)）的选择性和定量形态分析一直是分析协调化学领域的未解难题。强酸性工业介质，如酸性矿井排水、电镀废水、金属表面处理液和电池生产过程产生的废液，通常含有分析具有重要意义的浓度的Pb²⁺ 和 Cu²⁺（50–500 mg L^-1），同时还存在较高的背景浓度...

所有材料均来自商业渠道，未经进一步纯化即可使用。稻壳购自埃及的一家工厂。硫脲（H₂NCSNH₂，≥99.0%，ACS试剂级）、甲醛（HCHO，37%水溶液，密度1.08 g mL^-1，用10–15%甲醇稳定，以及氧化镁（MgO，≥97.0%）均从Sigma-Aldrich Chemie GmbH（德国巴伐利亚州陶夫基兴）购买。六水合氯化镁（MgCl₂·6H₂O，≥99.0%）和氢氧化钠（NaOH）...

与大多数在接近中性pH下进行的吸附研究不同，本研究的所有批次实验、光谱实验和固定床实验均在强酸性条件（pH ≈ 2）下进行，以反映实际有害工业废液的特性，并直接评估酸稳定的金属结合机制。

本研究建立了一种定量分析框架，通过在硫脲官能化的稻壳纤维素（RH6）上进行N–S螯合作用，在极端质子竞争（pH 2）条件下选择性地测定Pb(II) 和 Cu(II) 的形态。主要分析结果——N 1s 和 S 2p核心能级的高分辨率XPS反卷积分析显示，尽管氮原子的质子化程度为65–67%，但在pH 2时仍有18–22%的N–M配位键和30–35%的S–M配位键存在...

Mahmoud M. Elewa：撰写——审稿与编辑、方法学设计、实验研究。Mai Sheta：撰写初稿、数据分析、数据整理。Nahla Taha：数据可视化、结果验证、资源准备。El-Sh Ibrahim：撰写初稿、结果验证、软件调试

? 作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。