零价纳米铁吸附镍离子的实验探究

李　宇，周红刚，叶　力

(1 绍兴文理学院化学化工学院，浙江　绍兴　312000; 2 绍兴铜都铜材有限公司，浙江　绍兴　312000)



零价纳米铁吸附镍离子的实验探究

李宇1，周红刚2，叶力1

(1 绍兴文理学院化学化工学院，浙江绍兴312000; 2 绍兴铜都铜材有限公司，浙江绍兴312000)

水污染对周围环境以及微生物有很大的危害，久而久之对动植物甚至人类都造成威胁。所以解决水污染问题迫在眉睫。近些年来，随着科技的发展，吸附法因为其操作简易，效率高，污染少，成本低而被人们更多地使用。本文在论述了一些具体实验条件对吸附效率的影响，对镍的吸附进行了综合和概括。这对未来的环境治理和人类的安全保护都将产生积极的影响。

水污染；镍吸附；试验条件

现在水污染的环境标准越来越高，如何达到标准已经成为当今环境科学与工程领域的一大重点难点[1]。近些年来离子交换，物理化学沉淀，电渗析，反渗透，超滤等技术被用来吸附有污染的放射性离子，但是由于操作过于繁琐，成本昂贵而得不到广泛应用。而吸附法因其成本低，操作简单，设备简易等优点被普遍接受[2]。活性碳是一种传统的被人普遍接受的吸附材料，但是由于其在循环利用而回收问题上的一些缺陷，人们正在寻找新的环保材料[3]。 前人已经研究了沸石，膨润土，高岭土，MX-80黏土等的一些吸附剂对镍的吸附的研究[4-12]。本文研究纳米铁作为吸附剂吸附镍离子，总结了接触时间，初始浓度，固体浓度，共存电解质，离子强度和pH对Ni吸附的影响以及根据所得事实预测出的微观吸附机理。

1　实　验

1.1仪器与试剂

Phs-3c精密pH计，上海安亭科学仪器厂；AA-6300原子吸收光谱仪，日本岛津公司。

纳米铁为运用硼氢化钠还原法制备。所有的试剂均为分析纯试剂，所有的溶液均为去离子水配制。

1.2实验方法

将吸附剂悬浮液，NaClO4电解质溶液，含有放射性Ni的储备液加入入离心管中并在振荡器上平衡一段时间。加入微量0.1 mol/L的HClO4或NaOH 调节pH，达到所需要求。在振荡器上达吸附平衡后，离心后取出上层清液，用原子吸收光度法测上层清液的吸光度得出未被吸收的离子浓度。算出离子吸附率。所有数据均为3次实验数据的平均值。

2　结果与讨论

2.1接触时间对Ni离子吸附的影响

图1　时间对镍离子去除效率的影响

在pH,离子浓度一定时，接触时间对Ni在吸附剂上的吸附影响如图所示。控制好接触时间可以提高吸附效率，实现对浓度高的核素的去除和富集。可以得出，吸附分“快，慢”两个阶段。当时间小于30 min时，吸附量随时间的增加而快速增加。当时间大于这一数值时，随着时间的增加，吸附量基本上不发生变化，即达到了吸附平衡。造成这一现象的原因如下：在低活化位点上的Ni吸附，表面沉淀的形成，表面物质的置换，Ni进入到内部位点等。这些研究表明pH对吸附过程有影响，对预测Ni在介质环境之中的迁移转化行为有重要意义。

2.2pH值和离子强度对Ni离子吸附的影响

pH和离子强度对Ni在吸附剂的吸附影响如图所示。控制好pH和离子强度，可以提高吸附效率，实现对高浓度Ni的吸附和去除。由此由于高氯酸根离子不会与水环境中共存离子形成络合物，因此，尽管水中没有大量的高氯酸根离子，但是可以更加方便的分析离子强度对吸附的影响作用。因此我们以高氯酸根为电解质溶液研究了0.001,0.01,0.1 mol/L NaClO4对Ni离子的吸附影响。由理论可得，pH在2～7时，吸附率随pH的增大而缓慢提高,pH在7～9时，吸附率随pH的增大而显著提高，在pH大于9时，吸附率基本不随pH的变化而变化。还可得出，当pH小于某一值时，离子强度对Ni离子的吸附有明显影响。同样由图可得在pH小于7时，离子强度对Ni在黏土的吸附有影响，而在pH大于7时，离子强度对离子吸附几乎没有什么影响。

分析可得，镍在黏土表面有两种吸附位弱位≡XOH和强位≡YOH。在pH在2～7时，是以≡XOH为主导的外层络合；在pH在7～9时，是以弱位≡XOH和强位≡YOH共同络合，所以吸附率得到升高。在pH小于7时，离子强度受pH影响且跨越3个pH说明形成了形成了多种表面络合。在高pH时，浓度逐渐降低的是≡YOH，浓度逐渐升高的是≡YO-。

图2　pH对镍去除效率的影响

2.3初始浓度对Ni离子吸附的影响

图3　初始浓度对镍离子吸附的影响

在吸附过程中，很多因素对吸附有一定的影响。初始浓度对Ni在吸附剂的吸附有影响。研究Ni的吸附可以提高其的吸附效率，实现对镍的高浓度的富集和吸附。不同初始浓度下Ni离子对吸附剂的吸附量随pH的变化曲线下所示(pH<8)。pH小于8时吸附率随着初始浓度的升高而降低。通过另一批实验，总结实验数据的得出pH大于8时，吸附率随初始浓度没有太多的变化。通过电位分析和一系列研究可以得出吸附率在pH小于8时，随着初始浓度的升高而降低的现象不是由于氢氧化镍沉淀的生成。

2.4固体浓度对Ni离子吸附的影响

固体浓度对Ni在吸附剂的吸附影响如图所示。研究Ni的吸附可以提高其的吸附效率，实现对镍的高浓度的富集和吸附。在温度，pH不变时吸附率随固体浓度的增大而增大，在固体浓度为某一值时保持最大，不再升高。但是，吸附量随固体浓度的增大而减小。解释为：随着固体吸附剂浓度的提高，黏土表面官能团的位点增多，可以有更多的Ni被吸附。

图4　固体浓度对镍离子吸附的影响

2.5共存电解质对Ni离子吸附的影响

由于不同电解质离子对吸附作用的影响，可以用特定官能团的离子对吸附剂进行修饰，可以使其对特定离子选择吸附。

3　结　论

通过对镍离子和吸附剂吸附机理的研究，得出以下结论：

(1)Ni离子的吸附作用受时间的影响。在开始阶段时，吸附量随时间的增多而增大，经过一段时间后，吸附量随时间的增多不再变化。

(2)Ni离子的吸附作用受pH的影响。Ni离子的吸附率随pH先是急剧增加，然后是缓慢增加，最后是稳定不变。

(3)Ni离子的吸附作用受离子强度的影响。在低pH时，离子强度对吸附作用有影响，在高pH时，离子强度对吸附作用影响不明显。

(4)Ni离子的吸附作用受初始浓度的影响。在低pH时，初始浓度对吸附作用有显著影响，在高pH时，初始浓度对吸附作用的影响不大。

(5)Ni离子的吸附作用受固体浓度的影响。吸附率随着固体浓度的增大而增大，吸附量随固体浓度的增大而减小。

(6)Ni离子的吸附作用受电解质的影响。在低pH时，受电解质影响大，在高pH时，受电解质影响小。

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Study on Adsorption of Nickel Irons by Adsorbent

LI Yu1, ZHOU Hong-gang2, YE Li1

(1 Shaoxing University, Zhejiang Shaoxing 312000;2ShaoxingTongduCopperCo.,Ltd.,ZhejiangShaoxing312000,China)

Water pollution has the bad effect on the environmental situation and microorganism. After long time, it even can threaten animals, plants and human. In conclusion, it is time for solving problems of water pollution. In recent years, with the development of technology, adsorption is used convenience, work efficiency and cost lowly spreads widely. Some specific experiment conditions had influence on adsorbability, and a huge amount of writings was made summarized. It will have a positive effect on the environmental protect and safety of human beings.

water pollution; adsorption of Ni; experiment conditions

李宇(1994-)，女，绍兴文理学院本科生，研究方向：环境化学重金属离子的吸附。

O615.1

A

1001-9677(2016)014-0109-03