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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)間 80min 時(shí)，Cu2＋的去除率可達(dá) 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(jì)，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(jì)損失已達(dá)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(jì)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(jià)格低廉，吸附量大，對環(huán)境無毒無害且容易再生等優(yōu)點(diǎn)，在污水處理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)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(shí)間、蛭石投加量、pH、溫度因素對吸附效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

1．1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)儀器

721E型分光光度計(jì)，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(jì)，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(shí)驗(yàn)

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(jìn)行顯色和測定，測得試樣吸光度減去空白試驗(yàn)吸光度后，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出銅含量。

注意事項(xiàng):顯色時(shí)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(shí)間進(jìn)行振蕩，靜止一段時(shí)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(shí)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(jì)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(shí)，Cu2＋的去除率上升較快。當(dāng)投加量為180mg時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)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(jì)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(shí)，去除率幾乎沒有變化，分別是 83．50%，84．11%，84．11%。pH＝8 時(shí)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(shí)驗(yàn)研究還是工業(yè)運(yùn)行都相對方便而且節(jié)約。因此，選擇pH＝6為最佳實(shí)驗(yàn)條件。

3．4 吸附時(shí)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(shí)間 10、20、30、40、60、80、100、120min，靜止一段時(shí)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(jì)算水中Cu2＋的去除率，結(jié)果見表4，并繪于圖4。

表4 吸附時(shí)間對蛭石吸附效果的影響

圖4 吸附時(shí)間對去除率的影響

由圖4可以看出，Cu2＋的去除率隨時(shí)間的增加而呈上升趨勢，在10～40min內(nèi)隨著時(shí)間的增加，去除率迅速上升，時(shí)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(dá)87．75%。

吸附時(shí)間的增長，會有更多的離子有機(jī)會附著在吸附劑表面，這使去除率上升。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，出于吸附效果和時(shí)間因素兩方面的考慮，本實(shí)驗(yàn)選擇吸附時(shí)間60min作為最佳實(shí)驗(yàn)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(shí)間進(jìn)行振蕩，靜止一段時(shí)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(jì)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(jìn)行。在實(shí)際的水處理過程中，溫度變化很小，?？梢圆患涌紤]。因此，本實(shí)驗(yàn)選定室溫（20℃左右）為實(shí)驗(yàn)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(shí)間 80min，Cu2＋的去除率可達(dá)90%以上，可以使溶液中Cu2＋的含量降低到 1．0mg·L-1以下，達(dá)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(qiáng)，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(xiàng)目（桂科自0832281、2010GXNSFA013062），廣西教育廳項(xiàng)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(jī)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