人造沸石吸附水中金属铜离子研究

人造沸石吸附水中金属铜离子研究
樊晓芳
【摘要】研究了人造沸石对水中金属铜离子的吸附.结果表明,人造沸石对金属铜离子有吸附效果.pH值是影响吸附的主要因素,另外时间、人造沸石用量和溶液中金属铜离子浓度都会影响吸附容量.通过红外光谱比较人造沸石和天然沸石的异同,分析人造沸石的优劣势.
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2014(042)006
【总页数】3页(P68-69,116)
【关键词】人造沸石;吸附;铜金属离子;pH值
【作者】樊晓芳
【作者单位】安阳工学院化学与环境工程学院,河南安阳455000
【正文语种】中文
【中图分类】X522
沸石是沸石族矿物的总称，是一种具有铝硅酸盐骨架的矿物。

在沸石晶体内，分子像搭架子似的连在一起，中间有很多空腔。

空腔内还存在很多水分子，因此它们是含水矿物。

加热后水分会排出来，但不会破坏沸石内部的晶体结构。

天然沸石一般具有内微孔丰富、比表面积巨大等特点，因此具有良好的吸附性能。

而人造沸石的吸附法，是通过投加改进的非金属矿物吸附剂去除水体中的重金属离子。

它有材料
来源广、价格低廉、节能和吸附去除率高等优点。

因此，用非金属矿物材料类去除水中重金属离子成为国内外研究的热点［1］。

1 实验部分
1.1 材料
人造沸石:Na2O·Al2O3·xSiO2·yH2O，化学纯，20～40目。

1.2 实验仪器和试剂
可见分光光度计(T6新世纪)，北京谱析仪器有限责任公司;电子天平 (AL104)，梅特勒－托利多仪器有限责任公司;酸度计(PH2C);大功率磁力搅拌器(DJ－1)，金坛市华锋仪器有限责任公司。

硫酸铜，河南焦作市化工三厂;硫酸，洛阳市化学试剂厂;氢氧化钾，天津市大茂化学试剂厂;乙酸，天津市北方天医化学试剂厂;乙酸钠，天津市大茂化学试剂
厂;EDTA，天津市北方天医化学试剂厂;所用化学试剂为分析纯试剂，实验用水为蒸馏水。

2 实验过程
2.1 pH值对沸石吸附金属离子的影响
准确量取40 mL的120 g/L的CuSO4·5H2O通过滴入H2SO4或 KOH来调节溶液 pH值。

向上述装有pH不同的120 g/L的CuSO4·5H2O溶液的锥形瓶中各加入1.5 g人造沸石，用磁力搅拌器搅拌均匀并持续搅拌2 h，并静置4 h。

用分光光度法测溶液铜金属离子的含量。

2.2 沸石吸附金属离子时间的测定
配制120 g/L的硫酸铜溶液，每组取溶液50 mL加入5 g沸石静置2 h后用分光光度法每隔20 min测溶液的吸光度。

共测8组硫酸铜溶液。

2.3 人造沸石吸附金属铜离子用量的测定
配制120 g/L的硫酸铜溶液，每组取溶液50 mL分别加入。

分别加入人造沸石
1.0 g、
2.0 g、
3.0 g、3.5 g、
4.0 g、
5.0 g、
6.0 g、8.0 g。

于室温下静置5 h后，分别移取各锥形瓶中上清液10 mL于8只50 mL容量瓶中，用分光光度法，测定各溶液的吸光度。

2.4 沸石吸附金属离子容量的测定
分别配制 45 g/L、60 g/L、75 g/L、90 g/L、105 g/L、120 g/L的硫酸铜溶液100 mL。

取100 mL锥形瓶6只，编号。

分别移取上述硫酸铜溶液50 mL于此6只锥形瓶中。

向6只锥形瓶中均加入人造沸石2.0 g。

于室温下静置6 h后，分别移取各锥形瓶中上清液10.33 mL、10.00 mL、8.00 mL、6.67 mL、5.71 mL、5.00 mL于6只50 mL容量瓶中，分别在可见分光光度计上测定各溶液的吸光度。

3 实验结果及讨论
3.1 pH值对人造沸石吸附金属铜离子的影响
图1 pH值和人造沸石吸附金属铜离子吸附量的关系
由图1可看出吸附液pH值是影响吸附的一个重要因素。

在pH值为2.42～3.08
范围内，吸附效果都很好。

在pH为2.84时，吸附剂人造沸石对重金属离子铜的
吸附量最大。

随着酸度变小，OH－的浓度变大，部分形成羟基络合物，使分子变大，甚至形成羟基络合物的负离子，难于被吸附所致。

pH值过高，金属离子开始沉淀，并不是吸附去除作用［2］。

3.2 人造沸石吸附金属铜离子时间的测定
图2 时间和人造沸石吸附金属铜离子吸附量的关系
由图2可以看出吸附时间是影响重金属吸附的重要因素。

由图可以看到人造沸石
吸附剂需要至少5 h左右的时间才能达到较理想的吸附效果。

吸附处理污水时，重金属迅速达到吸附剂表面，部分在外表面被吸附，部分进入微孔被吸附剂内表面活性位点吸附。

外表面与部分微孔的吸附饱和在短时间内完成。

随着吸附量的增加，金属离子产生的斥力增强，游离重金属离子进一步深入微孔内
部的阻力增加。

因此，要达到吸附饱和需要的时间比较长［3］。

3.3 人造沸石吸附金属铜离子用量
图3 人造沸石用量和吸附金属铜离子吸附量的关系
由图3可以看出对于50 mL的120 g/L的硫酸铜溶液，使用5 g或5 g以下人造沸石可以发挥出沸石的最大吸附量。

从图3可以看出，对Cu2+用5 g人造沸石已经达到了较高的吸附率，大于5 g就趋于平衡。

3.4 人造沸石吸附金属铜离子容量的测定
图4 溶液中铜离子浓度和人造沸石吸附金属铜离子吸附量的关系
由图4可以看出，对于2 g人造沸石，他的吸附金属铜离子容量是随着溶液浓度的增加而增加的。

3.5 人造沸石红外光谱图分析
图示出了人造沸石的红外光谱。

由图可知，所测得光谱谱带主要包括沸石分子筛骨架振动谱峰和晶格水、羟基水等谱峰。

晶格水及羟基水谱带分布在3400～1300 cm－1区间，而1300～400 cm－1区间的谱峰主要是分子筛骨架振动谱带。

硅铝分子筛骨架振动谱带表现在1100 cm－1和在450 cm－1附近有较强的吸收。

晶格水出现在3458 cm－1，说明羟基位于沸石的小笼中，比较靠近沸石的内部。

3700～3400 cm－1附近只有一个大峰，说明体系没有明显的晶格空位。

1600～1400 cm－1范围有两个峰，分别是B酸中心和L酸中心［4］。

在人造沸石的红外光谱中还可以看到 1457 cm－1附近有的特征峰，在3133.46 cm－1有的特征峰，所以人造沸石附近的特征峰表示该人造沸石含有［5］。

图5 人造沸石红外色谱图
4 结论
(1)pH对沸石离子交换容量有较大影响，人造沸石最大吸附容量均出现在小于
pH=6.0的条件下。

(2)人造沸石吸附时间比较长，需要5 h的时间才能达到吸附平衡。

(3)50 mL的120 g/L的硫酸铜溶液，使用5 g或5 g以下人造沸石可以发挥出沸石的最大吸附容量。

(4)人造沸石吸附金属铜离子容量是随着溶液浓度的增加而增加的。

(5)人造沸石具有天然沸石具有的沸石分子筛骨架振动谱峰和晶格水、羟基水等谱峰。

羟基位于沸石的小笼内部，不易发挥作用。

晶格谱峰只有一个，说明人造沸石的晶格结构特征不丰富，有待改性和优化。

另外人造沸石有天然沸石没有的的特征峰。

参考文献
［1］孟祥和.重金属废水处理［M］.北京:化学工业出版社，2000:122－127. ［2］马小隆，刘新锐，刘晓明.改性蛭石吸附性能初探［J］.能源环境保护，2004，18(5):46－48.
［3］叶力佳，杜玉成.非金属矿物材料吸附重金属离子的研究进展［J］.中国非金
属矿工业导刊，2002(6):27－28.
［4］徐国林，徐恒泳，孙希贤，等.Y型沸石分子筛羟基谱带的红外光谱研究［J］.哈尔滨师范大学自然科学学报，1990，6(1):32－38.
［5］刘亦凡，汪玉英，梁旭生，等.改型天然斜发沸石及其离子交换性［J］.离子
交换与吸附，1997，13(3):274－279.。