AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料的制備及對碘離子的吸附性能研究

孔 博

（青海省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用中心，青海 西寧 810008）

碘是人體必需元素之一，在維持物質(zhì)代謝、加速維生素吸收、調(diào)節(jié)人體生長發(fā)育和促進(jìn)大腦發(fā)育等方面發(fā)揮著重要作用[1-3]。釋放到環(huán)境中的放射性碘容易通過各種途徑進(jìn)入人體，間接影響人體健康。人體所需的碘主要來源于飲用水和食物的攝入，但碘過多或過少都會對人體產(chǎn)生一定的影響，因此社會對碘的關(guān)注越來越強(qiáng)烈。

現(xiàn)在廣泛采用蒸發(fā)濃縮、離子交換和化學(xué)沉淀等傳統(tǒng)方法處理碘放射性廢水，國外則采用離子交換、化學(xué)沉淀和膜分離等方法[4-8]。

1 材料

TU-1901雙光束紫外-可見分光光度計（北京普析通用有限責(zé)任公司）；TD-3500X X射線衍射儀（丹東通達(dá)科技有限公司）。

2 AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料的制備

2.1 Ag2CO3的制備

在一個小燒杯中，加入20 mL超純水，并在室溫下攪拌，直到完全溶解。向上述溶液中添加20 mL硝酸銀溶液（0.679 0 g），并在磁力攪拌器上攪拌24 h，然后離心清洗，并在60°C下干燥12 h，以獲得碳酸銀粉末。

2.2 AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料的制備

將1.000 0 g碳酸銀粉末置于燒杯中，加入50 mL蒸餾水，然后超聲20 min，接著緩慢向上述溶液中加入溴化鈉，并在磁力攪拌器上攪拌4 h，AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料在60℃下干燥并保存。通過離心和蒸餾水洗滌制備AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料。

2.3 碘離子的測定方法

將KI（GR）0.130 8g溶解于蒸餾水中，體積達(dá)到1 000 mL，即100μg/mL的I-標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入2.5 mL濃度為20%的NaCl溶液、2 mL濃度為0.5 mol/L的HCl溶液、1 mL濃度為1%的淀粉溶液、1 mL濃度為10%的NaNO2溶液，并稀釋至校準(zhǔn)線20 min，配制濃度為2、4、6、8、10和12μg/mL的I-標(biāo)準(zhǔn)溶液，從加入NaNO2溶液開始計時30 min，以試劑空白為參比，在574.50 nm處測量吸光度，得到如圖1所示的碘離子標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖1 碘離子標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.4 吸附動力學(xué)及熱力學(xué)模型

2.4.1 吸附動力學(xué)模型

吸附動力學(xué)主要與吸附速率有關(guān)。為了更好地解釋碘離子在復(fù)合材料上的吸附動力學(xué)，將對數(shù)據(jù)擬合準(zhǔn)一級動力學(xué)和準(zhǔn)二級動力學(xué)。

2.4.2 吸附熱力學(xué)模型

吸附等溫線所采用的是Langmuir、Freundlich數(shù)學(xué)模型。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 XRD分析

AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料的XRD如圖2所示，在2θ峰值為30.9°、44.3°、55.0°、64.5°和73.2°處，表明制得的產(chǎn)品是AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料。

圖2 AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料的XRD圖

3.2 條件的選擇

3.2.1 吸附時間的影響

將質(zhì)量為0.020 0 gAgBr/Ag2CO3復(fù)合物添加到質(zhì)量濃度為500 mg/L的100 mL碘化鉀溶液中，并在25°C和11 000 rpm的恒溫下振蕩，在1、2、3、5、6、8、11和12 h后，將適量的溶液放置在帶有過濾器的注射器試管中，用紫外分光光度計測定樣品中碘離子的殘留濃度。從圖3可以看出，復(fù)合材料上吸附的碘離子量隨時間增加而增加，但復(fù)合材料上吸附的碘離子量在11 h后沒有明顯增加，表明反應(yīng)11 h后吸附過程已達(dá)到平衡，平衡吸附量為844.675 mg/g。為了探索吸附機(jī)理，采用準(zhǔn)一級和準(zhǔn)二級吸附動力學(xué)模型對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。表1表明，AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料的吸附過程更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)。結(jié)果表明，AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料的吸附過程受化學(xué)吸附控制。

圖3 AgBr/Ag2CO3對碘離子的吸附動力學(xué)曲線

表1 準(zhǔn)一、二級動力學(xué)模型擬合參數(shù)

3.2.2 吸附溫度的影響

稱量質(zhì)量為0.020 0 g AgBr/Ag2CO3復(fù)合物數(shù)次，并在25℃、35℃和45℃下，在質(zhì)量為100 mL的500 mg/L碘化鉀溶液中采集樣品，通過紫外分光光度計測定樣品中殘留碘離子的濃度。圖4顯示了不同溫度下濃度和吸附容量之間的關(guān)系。從圖中可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料對碘離子的吸附量逐漸增加，這表明該過程是吸熱的，結(jié)果表明較高的溫度有利于碘離子的吸附。本實(shí)驗(yàn)采用Langmuir吸附熱力學(xué)模型和Freundlich吸附熱力學(xué)模型。通過比較表2中Langmuir吸附熱力學(xué)模型和Freundlich吸附熱力學(xué)模型的相關(guān)系數(shù)，可以得出AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料的吸附過程更符合Freundlich模型的結(jié)論。結(jié)果表明，碘離子在AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料上的吸附過程為多分子層吸附過程。

表2 Langmuir、Freundlich模型擬合參數(shù)

圖4 AgBr/Ag2CO3對碘離子的吸附熱力學(xué)曲線圖

復(fù)合材料對碘離子吸附的等溫線由擬合得到，其結(jié)果見表2。

4 結(jié)論

（1）通過將制備的碳酸銀粉末超聲溶解到蒸餾水中，添加溴化鈉并在磁攪拌器上攪拌，制備AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料。

（2）碘離子在AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料上的吸附在11 h達(dá)到吸附平衡，吸附過程遵循準(zhǔn)二級吸附動力學(xué)模型。

（3）AgBr/Ag2CO3復(fù)合材料對碘離子的吸附符合Freundlich吸附模型，表明該過程是一個多分子吸附過程，溫度有利于吸附過程。