天然蛭石對Cu2＋吸附性能的實驗研究

陳艷輝，陳 海，李超柱，黃學(xué)仁

（欽州學(xué)院，廣西 欽州 535000）

天然蛭石對Cu2＋吸附性能的實驗研究

陳艷輝，陳 海，李超柱，黃學(xué)仁

（欽州學(xué)院，廣西 欽州 535000）

天然蛭石作為吸附材料，可用于吸附水中銅離子。用蛭石作為Cu2＋的吸附劑，分別考察吸附時間、蛭石投加量、pH、溫度因素對吸附效果的影響。結(jié)果表明，在室溫（20℃左右）條件下，pH值為6，蛭石投加量0．36%（占總量），吸附時間 80min 時，Cu2＋的去除率可達 90%以上。

天然蛭石;吸附性能;Cu2＋

當(dāng)前，我國水資源匱乏且水體污染較嚴(yán)重，且有不斷加劇的趨勢。大量未經(jīng)處理的工業(yè)污水和生活污水的排放，嚴(yán)重污染了江河湖泊以及沿海水域，更加劇了水資源的緊張程度。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國城市污水年總排放量3．5×1011m3左右[1]，將近80%的污水未經(jīng)處理而直接排放，全國1／3的水體受到不同程度的污染，每年因水污染造成的經(jīng)濟損失已達400億元[2～4]，可見，污水治理已經(jīng)刻不容緩。

蛭石，又名水云母，化學(xué)式Mgx（H2O）{Mg3－x[Al-SiO3O10]（OH）2}[5]或（Mg，Ca）0．7（Mg，F(xiàn)e，Al）6[（Si，Al）8O20]（OH）4·8H2O[6]，是一種層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的含鎂（有的含鐵）的水鋁硅酸鹽次生變質(zhì)礦物。中國有儲量豐富的蛭石資源，新疆尉犁且干拉克蛭石礦床是目前國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最大蛭石礦床，估計總地質(zhì)儲量居世界第二[7]。此外，靈壽境內(nèi)有豐富的蛭石礦產(chǎn)，尤其在山區(qū)的幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)盛產(chǎn)蛭石。天然蛭石以其儲量豐富，價格低廉，吸附量大，對環(huán)境無毒無害且容易再生等優(yōu)點，在污水處理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。本實驗主要研究蛭石作為吸附材料用于吸附水中銅離子的效果，考察吸附時間、蛭石投加量、pH、溫度因素對吸附效果的影響。

1 實驗藥品與儀器

1．1 實驗藥品

蛭石，濃硫酸、檸檬酸銨、硝酸銅、氨水、二乙基二硫代氨基甲酸鈉，氫氧化鈉，氯化鉀，乙二胺四乙酸二鈉，十六烷基三甲基溴化銨（均為分析純）。

1．2 實驗儀器

721E型分光光度計，BS223S型電子天平，JJ-4型六聯(lián)電動攪拌器、HJ-3型恒溫磁力攪拌器、THZ-82型恒溫振蕩器，PHS-3C型pH計，HY-3型多功能振蕩器，DL-1型萬用電爐，CJJ-781型磁力加熱攪拌器。

2 實驗

2．1 溶液配制

（1）銅標(biāo)準(zhǔn)儲備液（C＝1mg·mL－1）:用分析天平準(zhǔn)確稱取硝酸銅[Cu（NO3）2·3H2O]3．7812g，溶于適量水中，定量轉(zhuǎn)移到1000mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻。

（2）銅標(biāo)準(zhǔn)使用液（C＝5μg·mL－1）:吸取5．00mL銅標(biāo)準(zhǔn)儲備液于1000mL容量瓶中，用水稀釋到標(biāo)線，搖勻。

（3） 0．2%（m／V） 二乙基二硫代氨基甲酸鈉（SD）溶液:稱取0．2g二乙基二硫代氨基甲酸鈉三水化合物（C5H10NS2Na·3H2O），溶于適量水中并稀釋到100mL，貯于棕色玻璃瓶中（放于黑暗處可保存 14d）。

（4）EDTA-檸檬酸銨溶液:稱取乙二胺四乙酸二鈉二水化合物（Na2-EDTA·2H2O）5g和檸檬酸銨[（NH4）3·C5H5O7]20g， 溶 于 適 量 水 中 并 稀 釋 到100mL。

（5）氯化銨-氫氧化銨緩沖溶液:稱取7g氯化銨（NH4Cl）溶于適量水中，加入57mL氨水，用水稀釋至100mL。

（6）模擬水樣:把銅標(biāo)準(zhǔn)儲備液（C＝1mg·mL－1）稀釋 100 倍到 10mg·L－1。

2．2 樣品的測定

取適量水樣（銅含量不超過30μg，體積不大于50mL），用水稀釋至標(biāo)線，按繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線步驟進行顯色和測定，測得試樣吸光度減去空白試驗吸光度后，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出銅含量。

注意事項:顯色時避免日光直射，以免Cu-DDTC絡(luò)合物分解。

2．3 吸附等溫曲線

分 別 配 制 不 同 初 始 濃 度 （5、10、20、25、40、50mg·L－1）的 Cu2＋溶液，然后取 50mL 上述溶液于250mL 錐形瓶中，投加 0．9g 改性蛭石，用 1mol·L－1的硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)到最佳pH，在最佳溫度條件下，依據(jù)最佳吸附時間進行振蕩，靜止一段時間，取上清液過濾，用二乙基二硫代氨基甲酸鈉分光光度法測定溶液的吸光度。

3 結(jié)果與討論

3．1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取8支50mL具塞比色管，分別加入銅標(biāo)準(zhǔn)使用液 0、0．50、1．00、2．00、4．00、6．00、8．00、10．00mL，用水稀釋至25mL。用移液管依次加入2mL EDTA-檸檬酸銨溶液，1mL氯化銨-氫氧化氨緩沖溶液，1mLSD溶液。搖勻，靜置5min。用20mm比色皿在440nm波長處以零濃度溶液為參比，測量吸光度。結(jié)果見表1，標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

表1 銅標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖1 銅標(biāo)準(zhǔn)曲線

由標(biāo)準(zhǔn)曲線可以看出，溶液吸光度與濃度成正比例關(guān)系，R2＝0．9992，相關(guān)性良好，可以近似用溶液濃度變化率來代替吸光度變化率。

3．2 改性蛭石的投加量對吸附效果的影響

在一組250mL的錐形瓶中，分別加入50mL原始水樣，再依次加入不同質(zhì)量的改性蛭石30、60、90、100、120、150、180、200、210、240mg。 振 蕩60min后，靜止一段時間，取上清液過濾，用二乙基二硫代氨基甲酸鈉分光光度法測定溶液的吸光度并計算水中Cu2＋的去除率，結(jié)果見表2，并繪圖于圖2。

表2 蛭石投加量對吸附效果的影響

圖2 蛭石投加量對去除率的影響

由圖2可以看出，增加蛭石的投加量會使Cu2＋的去除率提高。投加量從30mg到150mg時，Cu2＋的去除率上升較快。當(dāng)投加量為180mg時，去除率為84．11%，之后去除率變化相對緩慢。

吸附量隨著吸附劑表面積的增大而增加，增加蛭石的投加量相當(dāng)于增大了吸附面積。出于吸附效果和節(jié)約原料兩方面的考慮，選擇蛭石投加量180mg為最佳實驗條件。

3．3 pH值對吸附效果的影響

在一組250mL的錐形瓶中，分別加入50mL的原始水樣，用1mol·L－1的硫酸和氫氧化鈉分別調(diào)節(jié) pH 值至 2、4、5、6、7、8、9 及 10。 再按照最佳投加量加入蛭石。振蕩60min后，靜止一段時間，取上清液過濾，用二乙基二硫代氨基甲酸鈉分光光度法測定溶液的吸光度并計算水中Cu2＋的去除率，結(jié)果見表3，并繪于圖3。

表3 p H值對吸附效果的影響

圖3 pH值對去除率的影響

由圖3可以看出，隨pH值的升高，改性蛭石對Cu2＋的去除率增大。當(dāng)pH值從2上升到5的過程中，去除率的上升比較明顯。pH值為5～7時，去除率幾乎沒有變化，分別是 83．50%，84．11%，84．11%。pH＝8 時開始出現(xiàn)沉淀，pH 在 8～10這個階段Cu2＋的去除率稍有增大。

在接近中性的條件下，無論是實驗研究還是工業(yè)運行都相對方便而且節(jié)約。因此，選擇pH＝6為最佳實驗條件。

3．4 吸附時間對吸附效果的影響

在一組250mL錐形瓶中，分別加入50mL的原始水樣，用1mol·L－1的硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)到最佳pH，再按照最佳投加量加入蛭石，取不同的振蕩時間 10、20、30、40、60、80、100、120min，靜止一段時間，取上清液過濾，用二乙基二硫代氨基甲酸鈉分光光度法測定溶液的吸光度并計算水中Cu2＋的去除率，結(jié)果見表4，并繪于圖4。

表4 吸附時間對蛭石吸附效果的影響

圖4 吸附時間對去除率的影響

由圖4可以看出，Cu2＋的去除率隨時間的增加而呈上升趨勢，在10～40min內(nèi)隨著時間的增加，去除率迅速上升，時間超過40min后，去除率緩慢上升，并趨于穩(wěn)定，最大去除率可達87．75%。

吸附時間的增長，會有更多的離子有機會附著在吸附劑表面，這使去除率上升。根據(jù)以上實驗結(jié)果，出于吸附效果和時間因素兩方面的考慮，本實驗選擇吸附時間60min作為最佳實驗條件。

3．5 溫度對吸附效果的影響

在一組250mL錐形瓶中，分別加入50mL的原始水樣，用1mol·L－1的硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)到最佳pH，再按照最佳投加量加入蛭石，在不同的溫度 20、30、40、50、60、70℃條件下， 依據(jù)最佳吸附時間進行振蕩，靜止一段時間，取上清液過濾，用二乙基二硫代氨基甲酸鈉分光光度法測定溶液的吸光度并計算水中Cu2＋的去除率，結(jié)果見表5，并繪于圖 5。

表5 溫度對蛭石吸附效果的影響

圖5 溫度對去除率的影響

由圖5可以看出，隨著溫度的升高，去除率呈下降趨勢。50℃后，去除率下降較為明顯。

吸附是一個自發(fā)的，吉布斯函數(shù)下降的過程，即△G＜0;吸附過程中，自由度減小，分子平動受到限制，熵減小，即△S＜0;所以△H＝T△S＋△G＜0。因此，吸附反應(yīng)是放熱的，高溫不利于反應(yīng)進行。在實際的水處理過程中，溫度變化很小，?？梢圆患涌紤]。因此，本實驗選定室溫（20℃左右）為實驗最佳溫度。

4 結(jié)論

在室溫（20℃左右）的條件下，選擇pH值為6，蛭石投加量 0．36%，吸附時間 80min，Cu2＋的去除率可達90%以上，可以使溶液中Cu2＋的含量降低到 1．0mg·L-1以下，達到 GB 8978－88《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 楊展里．我國城市污水處理技術(shù)剖析及研究[J]．環(huán)境科學(xué)研究，2001，14（5）:62-64．

[2] 錢易，米樣友．現(xiàn)代廢水處理新技術(shù)[M]．北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，1993．2-3．

[3] 高廷耀，顧國維，周琪．水污染控制工程（下）（第3版）[M]．北京:高等教育出版社，2007．5-6．

[4] 何強，井文涌，王翊亭．環(huán)境學(xué)導(dǎo)論（第2版）[M]．北京:清華大學(xué)出版社，1994．158．

[5] 古階祥，等．非金屬礦物原料特性與應(yīng)用[M]．武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1990．161-163．

[6] 周平，劉東．利用天然蛭石處理造紙黑液[J]．環(huán)境科學(xué)研究，2001，14（3）:37-39．

Experimental Study on Adsorption Capacity of Natural Vermiculiteto Cu2+

CHENYan-hui， CHENHia，LIChao-zhu， HUANGXue-ren
（Department of Biology and Chemistry， Qinzhou University， Qinzhou 535000， China）

Theresult indicated that modification with （NH4）2SO4waseffectiveto improvetheadsorption capacity of vermiculite．Under room temperature （nearly 20℃）， the rate of the removal of Cu2＋would be above 90%when adsorption for 80min，dosage of vermiculite 2g，pH ＝6．

natural vermiculite;adsorption capacity;Cu2＋

O 647.3

A

1671-9905（2011）09-0001-04

廣西自然科學(xué)基金項目（桂科自0832281、2010GXNSFA013062），廣西教育廳項目（200708MS072、200911MS241）

陳艷輝（1958-），女，廣西欽州市人，副教授，主要從事天然產(chǎn)物化學(xué)及有機合成，Email:cyh8187＠163．com，電話:13197778557，地址:廣西欽州市育才路9號欽州學(xué)院東校區(qū)，郵編:535000

李超柱，副教授，Email:lcz1657＠163．com

2011-05-26