针铁矿及改性针铁矿对CU（ii）的吸附作用

崔亚飞

摘要：对针铁矿合成试验和针铁矿吸附Cu（Ⅱ）进行了研究。针铁矿用“酸化法”制得，通过酸碱中和的方式所获得的针铁矿是微细针矿。针铁矿对Cu（Ⅱ）具有强烈吸附作用，吸附率最高可达96%，并且由试验探究通过何种方法改性的针铁矿对Cu（Ⅱ）的吸附效果最佳。

关键词：针铁矿；吸附作用；Cu（Ⅱ）；改性

引言

铜是人体所必需的微量元素，缺铜会导致贫血、腹泻等疾病，但过量摄入铜亦会产生危害。铜对水生生物危害较大，其毒性大小与形态有关。铜的主要污染源是电镀、五金加工、矿山开采、石油化工和化学工业等部门排放的废水。随着工业的发展，工厂排放的含铜废水，废渣急剧增加，Cu（Ⅱ）排入环境后不易除去而是在环境中长期积累，对生物和人体产生毒性作用；同时Cu（Ⅱ）随着水的迁移，对周围的土壤及地下水造成严重的污染。矿物表面对Cu（Ⅱ）的吸附作用与PH值，温度，离子强度，吸收时间有关。针铁矿对Cu（Ⅱ）的吸附效果很好，它对Cu（Ⅱ）的吸附可减轻环境污染问题。

一、试验

1.1针铁矿的制备

将180ml 5mol/L的氢氧化钠溶液快速滴加到100ml 1mol/L的硝酸铁溶液中，然后加入去离子水至2L，调节PH，约为12：放入600（2的烘箱里60h，期间进行慢速振荡；取出，对形成的黄褐色沉淀进行离心分离过滤，用去离子水冲洗至PH约为7；最后在600（2下再干燥24h，形成的物质即为针铁矿。化学反应方程为：Fe（OH）3==FeOOH+H20

1.2腐殖酸改性针铁矿的制备

腐殖酸用黑色生化腐殖酸（商业用）固体，采用湿包法包覆的方法，将黑色生化腐殖酸（商业用）固体溶解配置溶液，将其与制备的针铁矿按正交试验结果配比，充分混匀，在60℃条件下烘干，形成深褐色晶体，磨碎成粉末，即为腐殖酸改性针铁矿。

1.3磷酸改性针铁矿的制备

用合成的针铁矿配制溶液比为5g/L，背景电解质为0.1moVLNaCl的儲备液，向此储备液中加一定量磷酸储备液使最终磷酸根浓度为6×10-4mol/L，振荡2d后分离，于40℃下烘干，研磨后过160目筛备用。

1.4负载铝改性针铁矿的制备

称取适量的七水硫酸铝（A13+与Fe2+物质的量比为0.15）溶于一定量去离子水中，将混合液移入四口烧瓶置于恒温水浴中，温度恒定在38℃，同时通入氮气驱赶烧瓶中的空气。称取一定量Na2CO3溶于定量去离子水中，将Na2CO3溶液移入混合液中，并以3600r/min的转速剧烈搅拌，使其充分混合。停止通入氮气，以2L/min的速度向溶液通入空气，维持150min，然后停止通入空气和搅拌。将桔黄色液体洗涤过滤6次，用无水乙醇脱水后置于鼓风干燥箱中，在38℃干燥至质量恒定。研磨干燥固体，过0.149mm筛，制成粉状吸附剂。

1.5针铁矿及改性针铁矿对铜离子的吸附试验

取适量针铁矿在25℃下，PH值分别在4～8范围内进行，针铁矿质量浓度为5g/L，溶液用量为250ml，含铜溶液初始浓度为5mg/ml。试验步骤：用0.1mol/LNaOH，0.1 mol/LHCl调整溶液的PH值；将针铁矿每次加入50ml，直至100ml，或200ml；在震动搅拌机上以180r/min转至10h后，静置24h：测定上清液中残余的Cu2+质量浓度。

分别取适量改性针铁矿在25℃，PH值为7，针铁矿质量浓度为5g/L，溶液用量为250ml，含铜溶液初始浓度为5mg/ml条件下进行吸附试验。试验步骤：用0.1mol/LNaOH，0.1 mol/LHCl调整溶液的PH值为7；将针铁矿每次加入50ml，直至100ml，或200ml；在震动搅拌机上以180r/min转至10h后，静置24h：测定上清液中残余的Cu2+质量浓度。

二、试验结果

2.1针铁矿吸附Cu2+

试验表明，针铁矿对Cu2+的吸附作用随pH值变化，在6～8范围内达到最大值96%，且随着Ph值的升高而稳定，详见图1。

2.2改性针铁矿吸附Cu2+

根据试验数据，在预设试验条件下，负载铝改性针铁矿对Cu2+的吸附率为92.62%：磷酸改性针铁矿对Cu2+的吸附率为88.10%：腐殖酸改性针铁矿对Cu2+的吸附率为89.65%。对比之下，负载铝改性针铁矿对Cu2+的吸附效果最佳。详见图2。

三、结果讨论

针铁矿作为铁元素的一种自然矿物在自然界广泛存在，对包括Cu2+在内的众多重金属具有吸附作用，在实验室内可以通过“酸化法”制备。针铁矿对铜离子的吸附作用受pH值影响较大，pH值范围6～8时，吸附率达到最大。通过对针铁矿进行改性制备，得到负载铝改性针铁矿、磷酸改性针铁矿、腐殖酸改性针铁矿。在相同实验条件下，负载铝改性针铁矿对Cu2+的吸附效果最佳。