硅膠—聚乙烯亞胺材料對(duì)銅離子吸附性能的研究

文 榜

（新疆喀什地區(qū)伽師縣第四中學(xué) 新疆喀什 844300）

一、前言

重金屬污染給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的危害，Cu2+是一種常見(jiàn)的重金屬離子，攝入過(guò)量的Cu元素會(huì)使人中毒?，F(xiàn)階段回收重金屬離子的方法有很多，基于Cu2+自身的特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)采用吸附法。在實(shí)際生活中，Cu2+含量低且組成也復(fù)雜，直接去測(cè)定干擾因素也多。所以本次探究是在已制備硅膠—聚乙烯亞胺吸附材料的基礎(chǔ)上，控制pH、溫度、銅離子濃度、時(shí)間等不同條件下，研究該吸附材料對(duì)Cu2+的吸附性能，以達(dá)到最佳吸附目的。原理為：有機(jī)胺硅膠復(fù)合材料因其表面負(fù)載大量的氨基，可與低濃度重金屬離子螯合而顯示良好的吸附性能和穩(wěn)定性[1]。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

1.實(shí)驗(yàn)儀器

上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司FA224電子天平；上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司75×75稱量紙；合肥卓爾儀器儀表有限公司PHS-3C微型酸度計(jì)；天津市泰斯特儀器有限公司電熱恒溫水浴鍋；金壇市岸頭國(guó)瑞實(shí)驗(yàn)儀器廠HY-3多功能振蕩器；錐形瓶、容量瓶、燒杯、滴管若干；日本島津企業(yè)管理（中國(guó)）有限公司AA-6300C型原子火焰分光光度計(jì)。

2.實(shí)驗(yàn)試劑

上海廣諾化學(xué)科技有限公司（CAS:7758-99-8)五水硫酸銅；國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心Cu單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（標(biāo)準(zhǔn)值：1000ug/ml),介質(zhì)：c（HNO3)=1.0mol/L);國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司（上海）硝酸（GR)

（二）PEI-SIO2 材料對(duì)Cu2+吸附性能數(shù)據(jù)分析及處理

1.pH值與PEI-SIO2材料吸附性能的關(guān)系

配制320.1000mg/L的硫酸銅溶液，準(zhǔn)確稱取0.1000g左右的吸附劑于5個(gè)錐形瓶中，從大到小調(diào)節(jié)PH值分別為5、4、3、2、1左右，并在每個(gè)pH值段用移液管移取50.00ml到已經(jīng)加入吸附劑的錐形瓶?jī)?nèi)，并將錐形瓶放在振蕩器上振蕩搖勻約8小時(shí)（100 r/min），測(cè)出吸附劑在不同pH條件下的吸附值。交換容量=（原樣濃度-吸附后濃度）×0.05/吸附劑質(zhì)量×金屬原子量。

圖1 pH與交換容量的關(guān)系

2.濃度與PEI-SIO2吸附性能的關(guān)系

配制50.0000、100.0000、150.0000、200.0000、250.0000、300.0000mg/L的硫酸銅溶液，稱取0.1000g左右的吸附劑到6個(gè)錐形瓶里，PH值控制在4的左右，溫度控制25℃，并用移液管移取50.00ml到已有吸附劑的錐形瓶中，并將錐形瓶放在振蕩器上振蕩搖勻約8小時(shí)（100r/min），測(cè)出吸附劑在不同濃度下的吸附值。

3.溫度與PEI-SIO2吸附性能的關(guān)系

配制50.0000、100.0000、150.0000、200.0000、250.0000、300.0000mg/L的硫酸銅溶液，分三組，每組稱取0.1000g左右的吸附劑，分別裝入6個(gè)錐形瓶中，PH值控制在4左右，并用移液管移取50.00ml到已有吸附劑的錐形瓶?jī)?nèi)，并將錐形瓶放在振蕩器上振蕩搖勻約8小時(shí)（100r/min），測(cè)出吸附劑在25℃、35℃、45℃三個(gè)不同溫度下的吸附值。

不同溫度PEI-SIO2 吸附材料對(duì)Cu2+的平衡吸附量比較

4.時(shí)間與PEI-SIO2吸附性能的關(guān)系

pH=4.25;吸附材料：1.0030g；配制濃度：301.9008mg/L；原液實(shí)測(cè)濃度C0：

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（一）觀察圖2.1，硅膠—聚乙烯亞胺吸附材料吸附容量隨著pH值的增加越來(lái)越大，且pH在4左右時(shí)，吸附容量達(dá)到最大，為0.86mmol/L，這時(shí)對(duì)Cu2+吸附性能最好。

圖2 25℃時(shí)平衡吸附量曲線

（二）觀察圖2.2，在pH=4左右、25℃時(shí)，配制溶液濃度越大，吸附平衡濃度越大，平衡吸附量越大，在25℃時(shí)最大平衡吸附量為0.6161mmol/g,所以，平衡吸附量與溶液濃度有關(guān)。

（三）根據(jù)圖3可知，在不同的溫度下，平衡吸附量也不同，相同濃度下，加入吸附劑質(zhì)量基本相同，pH=4左右時(shí)，PEI-SIO2吸附材料對(duì)Cu2+的平衡吸附量隨著溫度的升高而增加，證明升高溫度有利于吸附，該過(guò)程為吸熱過(guò)程，Qe隨著Ce的增大而增大，在不同的三個(gè)溫度下，該吸附材料對(duì)Cu2+的最大吸附量為0.9278mmol/g。

圖3 不同溫度下的平衡吸附量曲線

（四）圖4、5可知，在溫度為25℃、PH=4.25時(shí)，該吸附材料對(duì)Cu2+的吸附性能隨時(shí)間的增加而增強(qiáng)，表現(xiàn)出一定的線性規(guī)律，在25℃時(shí)，PEI-SIO2的最大飽和吸附量為0.6166mmol/g。

圖4 25℃時(shí)不同時(shí)間下的平衡吸附量

圖5 吸附后平衡濃度隨時(shí)間的變化