天然蛭石对Cu2＋吸附性能的实验研究

陈艳辉，陈 海，李超柱，黄学仁

（钦州学院，广西 钦州 535000）

天然蛭石对Cu2＋吸附性能的实验研究

陈艳辉，陈 海，李超柱，黄学仁

（钦州学院，广西 钦州 535000）

天然蛭石作为吸附材料，可用于吸附水中铜离子。用蛭石作为Cu2＋的吸附剂，分别考察吸附时间、蛭石投加量、pH、温度因素对吸附效果的影响。结果表明，在室温（20℃左右）条件下，pH值为6，蛭石投加量0．36%（占总量），吸附时间 80min 时，Cu2＋的去除率可达 90%以上。

天然蛭石;吸附性能;Cu2＋

当前，我国水资源匮乏且水体污染较严重，且有不断加剧的趋势。大量未经处理的工业污水和生活污水的排放，严重污染了江河湖泊以及沿海水域，更加剧了水资源的紧张程度。据不完全统计，我国城市污水年总排放量3．5×1011m3左右[1]，将近80%的污水未经处理而直接排放，全国1／3的水体受到不同程度的污染，每年因水污染造成的经济损失已达400亿元[2～4]，可见，污水治理已经刻不容缓。

蛭石，又名水云母，化学式Mgx（H2O）{Mg3－x[Al-SiO3O10]（OH）2}[5]或（Mg，Ca）0．7（Mg，Fe，Al）6[（Si，Al）8O20]（OH）4·8H2O[6]，是一种层状结构的复杂的含镁（有的含铁）的水铝硅酸盐次生变质矿物。中国有储量丰富的蛭石资源，新疆尉犁且干拉克蛭石矿床是目前国内发现的最大蛭石矿床，估计总地质储量居世界第二[7]。此外，灵寿境内有丰富的蛭石矿产，尤其在山区的几个乡镇盛产蛭石。天然蛭石以其储量丰富，价格低廉，吸附量大，对环境无毒无害且容易再生等优点，在污水处理方面有着广阔的应用前景。本实验主要研究蛭石作为吸附材料用于吸附水中铜离子的效果，考察吸附时间、蛭石投加量、pH、温度因素对吸附效果的影响。

1 实验药品与仪器

1．1 实验药品

蛭石，浓硫酸、柠檬酸铵、硝酸铜、氨水、二乙基二硫代氨基甲酸钠，氢氧化钠，氯化钾，乙二胺四乙酸二钠，十六烷基三甲基溴化铵（均为分析纯）。

1．2 实验仪器

721E型分光光度计，BS223S型电子天平，JJ-4型六联电动搅拌器、HJ-3型恒温磁力搅拌器、THZ-82型恒温振荡器，PHS-3C型pH计，HY-3型多功能振荡器，DL-1型万用电炉，CJJ-781型磁力加热搅拌器。

2 实验

2．1 溶液配制

（1）铜标准储备液（C＝1mg·mL－1）:用分析天平准确称取硝酸铜[Cu（NO3）2·3H2O]3．7812g，溶于适量水中，定量转移到1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。

（2）铜标准使用液（C＝5μg·mL－1）:吸取5．00mL铜标准储备液于1000mL容量瓶中，用水稀释到标线，摇匀。

（3） 0．2%（m／V） 二乙基二硫代氨基甲酸钠（SD）溶液:称取0．2g二乙基二硫代氨基甲酸钠三水化合物（C5H10NS2Na·3H2O），溶于适量水中并稀释到100mL，贮于棕色玻璃瓶中（放于黑暗处可保存 14d）。

（4）EDTA-柠檬酸铵溶液:称取乙二胺四乙酸二钠二水化合物（Na2-EDTA·2H2O）5g和柠檬酸铵[（NH4）3·C5H5O7]20g， 溶 于 适 量 水 中 并 稀 释 到100mL。

（5）氯化铵-氢氧化铵缓冲溶液:称取7g氯化铵（NH4Cl）溶于适量水中，加入57mL氨水，用水稀释至100mL。

（6）模拟水样:把铜标准储备液（C＝1mg·mL－1）稀释 100 倍到 10mg·L－1。

2．2 样品的测定

取适量水样（铜含量不超过30μg，体积不大于50mL），用水稀释至标线，按绘制标准曲线步骤进行显色和测定，测得试样吸光度减去空白试验吸光度后，从标准曲线上查出铜含量。

注意事项:显色时避免日光直射，以免Cu-DDTC络合物分解。

2．3 吸附等温曲线

分 别 配 制 不 同 初 始 浓 度 （5、10、20、25、40、50mg·L－1）的 Cu2＋溶液，然后取 50mL 上述溶液于250mL 锥形瓶中，投加 0．9g 改性蛭石，用 1mol·L－1的硫酸和氢氧化钠调节到最佳pH，在最佳温度条件下，依据最佳吸附时间进行振荡，静止一段时间，取上清液过滤，用二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法测定溶液的吸光度。

3 结果与讨论

3．1 标准曲线的绘制

取8支50mL具塞比色管，分别加入铜标准使用液 0、0．50、1．00、2．00、4．00、6．00、8．00、10．00mL，用水稀释至25mL。用移液管依次加入2mL EDTA-柠檬酸铵溶液，1mL氯化铵-氢氧化氨缓冲溶液，1mLSD溶液。摇匀，静置5min。用20mm比色皿在440nm波长处以零浓度溶液为参比，测量吸光度。结果见表1，标准曲线见图1。

表1 铜标准曲线

图1 铜标准曲线

由标准曲线可以看出，溶液吸光度与浓度成正比例关系，R2＝0．9992，相关性良好，可以近似用溶液浓度变化率来代替吸光度变化率。

3．2 改性蛭石的投加量对吸附效果的影响

在一组250mL的锥形瓶中，分别加入50mL原始水样，再依次加入不同质量的改性蛭石30、60、90、100、120、150、180、200、210、240mg。 振 荡60min后，静止一段时间，取上清液过滤，用二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法测定溶液的吸光度并计算水中Cu2＋的去除率，结果见表2，并绘图于图2。

表2 蛭石投加量对吸附效果的影响

图2 蛭石投加量对去除率的影响

由图2可以看出，增加蛭石的投加量会使Cu2＋的去除率提高。投加量从30mg到150mg时，Cu2＋的去除率上升较快。当投加量为180mg时，去除率为84．11%，之后去除率变化相对缓慢。

吸附量随着吸附剂表面积的增大而增加，增加蛭石的投加量相当于增大了吸附面积。出于吸附效果和节约原料两方面的考虑，选择蛭石投加量180mg为最佳实验条件。

3．3 pH值对吸附效果的影响

在一组250mL的锥形瓶中，分别加入50mL的原始水样，用1mol·L－1的硫酸和氢氧化钠分别调节 pH 值至 2、4、5、6、7、8、9 及 10。 再按照最佳投加量加入蛭石。振荡60min后，静止一段时间，取上清液过滤，用二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法测定溶液的吸光度并计算水中Cu2＋的去除率，结果见表3，并绘于图3。

表3 p H值对吸附效果的影响

图3 pH值对去除率的影响

由图3可以看出，随pH值的升高，改性蛭石对Cu2＋的去除率增大。当pH值从2上升到5的过程中，去除率的上升比较明显。pH值为5～7时，去除率几乎没有变化，分别是 83．50%，84．11%，84．11%。pH＝8 时开始出现沉淀，pH 在 8～10这个阶段Cu2＋的去除率稍有增大。

在接近中性的条件下，无论是实验研究还是工业运行都相对方便而且节约。因此，选择pH＝6为最佳实验条件。

3．4 吸附时间对吸附效果的影响

在一组250mL锥形瓶中，分别加入50mL的原始水样，用1mol·L－1的硫酸和氢氧化钠调节到最佳pH，再按照最佳投加量加入蛭石，取不同的振荡时间 10、20、30、40、60、80、100、120min，静止一段时间，取上清液过滤，用二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法测定溶液的吸光度并计算水中Cu2＋的去除率，结果见表4，并绘于图4。

表4 吸附时间对蛭石吸附效果的影响

图4 吸附时间对去除率的影响

由图4可以看出，Cu2＋的去除率随时间的增加而呈上升趋势，在10～40min内随着时间的增加，去除率迅速上升，时间超过40min后，去除率缓慢上升，并趋于稳定，最大去除率可达87．75%。

吸附时间的增长，会有更多的离子有机会附着在吸附剂表面，这使去除率上升。根据以上实验结果，出于吸附效果和时间因素两方面的考虑，本实验选择吸附时间60min作为最佳实验条件。

3．5 温度对吸附效果的影响

在一组250mL锥形瓶中，分别加入50mL的原始水样，用1mol·L－1的硫酸和氢氧化钠调节到最佳pH，再按照最佳投加量加入蛭石，在不同的温度 20、30、40、50、60、70℃条件下， 依据最佳吸附时间进行振荡，静止一段时间，取上清液过滤，用二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法测定溶液的吸光度并计算水中Cu2＋的去除率，结果见表5，并绘于图 5。

表5 温度对蛭石吸附效果的影响

图5 温度对去除率的影响

由图5可以看出，随着温度的升高，去除率呈下降趋势。50℃后，去除率下降较为明显。

吸附是一个自发的，吉布斯函数下降的过程，即△G＜0;吸附过程中，自由度减小，分子平动受到限制，熵减小，即△S＜0;所以△H＝T△S＋△G＜0。因此，吸附反应是放热的，高温不利于反应进行。在实际的水处理过程中，温度变化很小，常可以不加考虑。因此，本实验选定室温（20℃左右）为实验最佳温度。

4 结论

在室温（20℃左右）的条件下，选择pH值为6，蛭石投加量 0．36%，吸附时间 80min，Cu2＋的去除率可达90%以上，可以使溶液中Cu2＋的含量降低到 1．0mg·L-1以下，达到 GB 8978－88《污水综合排放标准》的二级标准。

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[2] 钱易，米样友．现代废水处理新技术[M]．北京:中国科学技术出版社，1993．2-3．

[3] 高廷耀，顾国维，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] 何强，井文涌，王翊亭．环境学导论（第2版）[M]．北京:清华大学出版社，1994．158．

[5] 古阶祥，等．非金属矿物原料特性与应用[M]．武汉:武汉工业大学出版社，1990．161-163．

[6] 周平，刘东．利用天然蛭石处理造纸黑液[J]．环境科学研究，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

广西自然科学基金项目（桂科自0832281、2010GXNSFA013062），广西教育厅项目（200708MS072、200911MS241）

陈艳辉（1958-），女，广西钦州市人，副教授，主要从事天然产物化学及有机合成，Email:cyh8187＠163．com，电话:13197778557，地址:广西钦州市育才路9号钦州学院东校区，邮编:535000

李超柱，副教授，Email:lcz1657＠163．com

2011-05-26