Cu(II)在钠基膨润土上的吸附研究

Cu(II)在钠基膨润土上的吸附研究利用批式法研究了Cu(II)在钠基膨润土上的吸附，考察了体系pH值、离子强度、固液比、竞争离子、HA及温度等因素对吸附的影响。

动力学研究表明，Cu(II)在钠基膨润土上的吸附随着时间的增大而降低，吸附在>20 h时达平衡；Cu(II)的吸附随着pH值的升高而增大，而高离子强度对Cu(II)的吸附则会产生明显的抑制作用；通过吸附等温线拟合探讨其吸附特性以及酸度、温度、对吸附的影响基膨润土对Cu(II)的吸附符合热力学模型，3小时可达吸附平衡，酸度越低吸附量越大，pH大于4以后，吸附量趋于稳定；而温度越高吸附量越低；以及背景电解质离子半径越小吸附量越大。

前言二十世纪九十年代以来，中国的非矿产品有了跨越式的发展，尤其在工业领域的作用最为突出，作为非矿中的佼佼者膨润土，以它良好的物理化学性能在非矿产品中独领风骚。

膨润土具有很好的吸湿性，吸水后膨胀最多可达30余倍，能吸附8至15倍于本体的水量，在水中能分散成胶体悬浮液，该悬浮液有一定的触变性和粘滞性，它和水、泥或砂之类的细小物质混合具有良好的粘结性和可塑性，以及较强的阳离子交换能力，对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达相当于其5倍的重量，酸性漂白土具有吸附有色物质的作用，可用于代化工悬浮剂如油井泥浆中支撑膨胀、食用油油脂脱色、净化水、垃圾焚烧和土壤改良等等。

膨润土(Bentonite)别名膨土岩、斑脱岩等，是以蒙脱石(也称微晶高岭石、胶岭石)为主的粘土岩；蒙脱石粘土岩常含少量伊利石、高岭石及沸石、长石等。

蒙脱石是碱土金属的含水铝硅酸盐矿物。

其化学式为（Al,Mg)2[Si4O10]（OH)2·nH2O。

膨润土的种类：按膨润土中的蒙脱石交换阳离子种类不同、含量多少和结晶化学性质等可将膨润土划分为钙基膨润土(碱土性土)、钠基膨润土(碱性土)和天然漂白土(酸性土)三种。

其中钙基膨润土又含钙钠基膨润土、钙镁基膨润土。

钠基膨润土可交换阳离子主要为Na K，其碱性系数大于等于1。

钙基膨润土的主要交换阳离子为Ca Na Mg，它的碱性系数小于1。

天然漂白土的主要交换阳离子为H Al。

膨润土的化学成分主要是二氧化硅，三氧化二铝和水，其次氧化铁和氧化镁含量有时也比较高，另外钙、钠、钾等存在于膨润土中，含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术影响非常大。

膨润土特性：吸水速度较慢，但吸水量和膨胀倍数都很大；交换阳离子量高；在水中的分散性好；其胶体悬浮液触变性好、粘度高、润滑性高、具有较好的热稳定性；而且有较高的可塑性和粘结性。

钠基膨润土具有极高的使用价值和经济价值。

不同膨润土的矿物组成各异，导致它们的物理化学性质有很大差异，以至于在工业上的利用程度也大不相同。

为了完善膨润土的物化性质，提高其在工业上利用度，膨润土的加工改型是当今非常值得重视的课题。

膨润土的改型就是通过离子交换的方法来改变蒙脱石层间可交换离子的种类，从而达到改善膨润土物化性能的目的。

在膨润土生产中主要改型产品为人工钠基土、活性白土和有机膨润土。

在全球膨润土的资源相当丰富，分布区域也很广。

世界膨润土总储量约为25亿吨，美国、原苏联和中国的储量就相当世界储量的3/4，其中钙基膨润土约占膨润土的70-80%，而钠基膨润土储量却不足5亿吨。

虽然膨润土资源丰富，但需求量最大的优质钠基膨润土却少之又少。

我国膨润土主要是钙基膨润土，占全国90%以上。

膨润土矿分布在我国23个省。

生产钠基膨润土的大型矿床有20多个，主要集中在东三省和东部沿海地区。

膨润土的特性之一吸附脱色；膨润土对各种气、液体、有机物具有很好的吸附能力，尤其是酸性膨润土和酸化的活性白土对各种油类具有良好的脱色性能。

以前以脱色率和脱色力来表示膨润土的吸附脱色能力，而现在趋于以脱色力和比表面积来表示膨润土的吸附能力。

随着全球工业的飞快发展, 各种有害重金属以不同方式污染着我们的生活环境。

我国上世纪80年代初的调查显示，在金沙江、湘江、锦州等地许多水体中均收到不同程度的重金属污染，其中严重的水中重金属浓度高达几百微克每升，沉积物中重金属浓度竟达上千毫克每升，日本已经出现由汞污染引起的“水俣病”和镉污染引起的“骨痛病”的恶性事件。

为了保护我们的生活环境，展开了旨在控制环境污染的矿物自净工程研究。

我们充分利用膨润土比表面积大、离子交换能力强、吸附能力强等特点，众多研究人员对膨润土处理含重金属废水进行了广泛的研究，开发了很多高效吸附重金属废水的新材料。

但我们的研究仍有很大的局限性，主要都是围绕单一存在的重金属离子的吸附展开的，对于多种重金属离子共同存在条件下的吸附研究依然很少。

由于生活中工业上的废水成分、性质很复杂，影响因素也比较多，所以针对多种重金属离子共存下的废水吸附研究有着重大意义。

本文主要研究了钠基膨润土对Cu2+的吸附研究，钠基膨润土对Cu2+的吸附效果及其影响因素，并比较了与其单独存在下的吸附差异性，希望为实际应用提供参考。

研究内容1. 实验材料1.1 试剂及仪器1.1.1 试剂试剂试剂等级提供单位硝酸铜分析纯上海光复精细化工研究所硝酸钠分析纯国药集团化学试剂有限公司硝酸钾分析纯天津精细化工研究所硝酸锂分析纯上海恒信化学试剂有限公司铜试剂分析纯上海试剂三厂氟化钠分析纯西安化学试剂厂溴化钠分析纯西安化学试剂厂磷酸二氢钠分析纯天津光复精细化工研究所硫酸二氢钠分析纯氯化钠分析纯高氯酸钠分析纯天津光复精细化工研究所1.1.2 仪器仪器名称仪器型号生产厂家PB-10 北京赛多利斯仪器系统有限公司精密pH计（复合电极）电子天平BS110S 北京赛多利斯天平有限公司可见/紫外分光光度计BS110S 上海美谱达仪器有限公司1.1.3 钠基膨润土的制备与表征2.1溶液配制[5]1．膨润土悬浊液：准确称取1.20 g膨润土于小烧杯中，取200 ml蒸馏水少量多次加入烧杯中是膨润土溶解，转移储锥形瓶中摇匀即可。

2．2×10-3mol/L硝酸铜贮存液[6]：准确取0.1498 g硝酸铜，溶于200 ml容量瓶中加蒸馏水至刻度线，摇匀，贮存于试剂瓶中。

3．2×10-4mol/L硝酸铜贮存液：取2×10-3mol/L硝酸铜50ml加蒸馏水水稀释至500 ml，贮存于试剂瓶中。

4．0.1mol/L硝酸钠溶液：准确称取0.0501 g硝酸钠溶于500 ml蒸馏水中, 贮存于试剂瓶中。

5．稀氨水：取1.25 ml浓氨水加蒸馏水稀释至500 ml. 贮存于试剂瓶中。

6．1 g/l铜试剂：称取0.5 g二乙基二硫代氨基甲酸钠于500 mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度线，贮存于试剂瓶中。

3.1 Cu（II）浓度的测量在25ml容量瓶中加入3.00 ml浓度为1 g/L的铜试剂，1.00 ml稀释400的氨水，再加入3.00 ml待测溶液，用蒸馏水定容摇匀后，用T722型分光光度计，在波长为450 nm 下测ABS(吸光度)，再根据标准曲线计算其浓度。

4.1 Cu（II）的标准曲线[5]在25 ml容量瓶中3.00 ml浓度为1 g/L的铜试剂，1.00 ml稀释400的氨水，再分别加入不浓度的硝酸铜，用蒸馏水定容摇匀后，用V-1800型分光光度计，在波长为450 nm 下测ABS，结果如表4.1图4.1 。

表4.1 Cu（II）标准曲线的测定测定数据表编号 1 2 3 4 5 6 Cu(II)/(mol/L) 1 × 10-6 2 × 10-6 4 × 10-6 6 × 10-69 × 10-6 2 × 10-5 ABS 0.008 0.019 0.039 0.058 0.086 0.1760.000.020.040.060.080.100.120.140.160.18S %c图4.1 Cu(II)的标准曲线4.2 实验过程4.2.1 不同硝酸钠浓度对吸附的影响1）取12只试管分别加1ml 6g/L 膨润土，0.6ml 0.1（0.01,1）mol/L 硝酸钠，1.2ml 2×10-4mol/L 硝酸铜和3.2ml 蒸馏水。

调pH 至所需值（2~14）。

2）振荡24h(振荡温度为25°C) 3）离心30min(转速为12000转)4）取上清液3ml 与25ml 容量瓶中，加1ml 稀释400倍的氨水，3ml 1g/L 的铜试剂，定容。

5）用V1800型可见分光光度计，在波长为450nm 下测ABS 。

结果见图5.2。

4.2.2不同硝酸铜浓度对吸附的影响1）取12只试管分别加1ml 6g/L 膨润土，0.6ml 0.1mol/L 硝酸钠，1.2ml 2×10-4mol/L 硝酸铜和3.2ml 蒸馏水（0.3 ml 2×10-4mol/L 硝酸铜和4.1ml 蒸馏水，1.2ml 2×10-3mol/L 硝酸铜和3.2ml 蒸馏水，3 ml 2×10-4mol/L 硝酸铜和1.4ml 蒸馏水）调pH 至所需值（2~14）。

2）振荡24h(振荡温度为25°C) 3）离心30min(转速为12000转)4）取上清液3ml 与25ml 容量瓶中，加1ml 稀释400倍的氨水，3ml 1g/L 的铜试剂，定容。

5）用T722型分光光度计，在波长为450nm下测ABS。

结果见图5.3。

4.2.3 阴离子对吸附的影响1）取12只试管分别加1ml 6g/L膨润土，0.6ml 0.1mol/L氯化钠（溴化钠，氟化钠，磷酸二氢钠，硫酸二氢钠），1.2ml 2×10-4mol/L硝酸铜和3.2ml蒸馏水。

调pH至所需值（2~14）。

注每12只试管使用同一种背景电解质。

2）其他步骤同4.2.1,结果见图5.4 5.5 5.6。

4.2.4 阳离子对吸附的影响1）取12只试管分别加1ml 6g/L膨润土，0.6ml 0.1mol/L硝酸钾（硝酸锂），1.2ml 2×10-4mol/L硝酸铜和3.2ml蒸馏水。

调pH至所需值（2~14）。

注每12只试管使用同一种背景电解质。

2）其他步骤同4.2.1结果见图5.6。

4.2.5 HA对吸附的影响1）取12只试管分别加1ml 6g/L膨润土，0.45ml 200mol/LHA，1.2ml 2×10-4mol/L 硝酸铜和3.35ml蒸馏水。

调pH至所需值（2~14）。

再取12只试管分别加1ml 6g/L膨润土，0.9ml 200mol/LHA，1.2ml 2×10-4mol/L硝酸铜和2.9ml蒸馏水。

调pH至所需值（2~14）。

2）其他步骤同4.2.1,结果见图5.7。