英文文献原文及对应翻译

Adsorption char acter istics of copper , lead, zinc and cadmium ions by tourmaline(环境科学学报英文版) 电气石对铜、铅、锌、镉离子的吸附特性

JIANG Kan1,*, SUN Tie-heng1,2 , SUN Li-na2, LI Hai-bo2

(1. School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China. jiangkan522@; 2. Key Laboratory of Environmental Engineering of Shenyang University, Shenyang 110041, China)

摘要：本文研究了电气石对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的吸附特性，建立了吸附平衡方程。研究四种金属离子的吸附等温线以及朗缪尔方程。结果表明电气石能有效地去除水溶液中的重金属且具有选择性：Pb2+> Cu2+> Cd2+> Zn2+。电气石对金属离子吸附量随着介质中金属离子的初始浓度的增加而增加。电气石也可以增加金属溶液的pH值；发现电气石对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的最大吸附量为78.86、154.08、67.25和66.67mg/g；温度在25-55℃对电气石的吸附量影响很小。此外研究了Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的竞争吸附。同时观察到电气石对单一金属离子的吸附能力为Pb>Cu>Zn>Cd，在两种金属系统中抑制支配地位是Pb>Cu，Pb>Zn，Pb>Cd，Cu>Zn，Cu>Cd，和Cd>Zn。

关键字：吸附；重金属含量；朗缪尔等温线；电气石

介绍

重金属是来自不同行业排出的废水，如电镀，金属表面处理，纺织，蓄电池，矿山，陶瓷，玻璃。其中一些是有毒的即使他们的浓度是很低，它们会造成严重的环境问题，危害人类健康(Iqbal and Edyvean，2004)。

电气石是一种复杂的矿石具有潜在的吸附性能，普遍存在于自然界中的矿物中(Bloodaxe，1999)。电气石的一般公式可以写成XY3Z6[T6O18] [BO3]V3W，X=Ca，Na，K，[空位]；Y=Li，Mg，Fe2+，Mn2+，Al，Cr3+，V3+，Fe3+，(Ti4+)；Z=Mg，Al，Fe3+，V3+，Cr3+；T=Si，Al；B=B，[空位]；V=OH，O-[O(3)]；和W=OH，F，O-[O(1)](Yavuz etal.，2002)。电气石矿物结晶在空间群R3m 组。电气石的结构，其特征在于由一组硼三角形，六个四面体，3八面体阳离子Ÿ位点（四面体环内的三角排列）硅酸盐环和一个X位点可以被看成围绕一个31为中心的轴，与八面体阳离子Ž位点（卧四面体环之间）加入各种“岛”给对方周围的31轴。因此，有各种各样可用的阳离子和阴离子位点（例如，平面三角形，四面体，八面体，以及大量9配位位点）在其中。因此，有各种各样可用的阳离子和阴离子位点（如平面三角形，四面体，八面体，并在它的大9协调位点）。电气石的表面被认为具有碱组(Yves et al.，2002)。基于这些原因，电气石可能具有吸附水溶液中重金属的能力。

近年来，利用天然矿物如高岭石、蒙脱石、磷灰石、沸石，海泡石和斜发沸石吸附水溶液中的重金属污染物也有了广泛的研究(Brigatti etal.，1995；Lo等，1997；Anne等，1999；Garcia etal.，1999；Susane and William，2000；Chantawong etal.，2003)。虽然对重金属离子与矿物的吸附研究丰富，但关于电气石吸附重金属的研究还很少。Nakamura and Kubo (1992) 研究了电气石晶体与水的反应。Tang等（2002）研究了电气石净化的Cu2+废水的机理。

本研究的目的是调查电气石对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的吸附特性，以及对它们的选择性。实验室用动力学等温线研究并评估了电气石的吸附能力，研究了接触时间、pH值、和

温度对吸附效果的影响。

1 材料和方法

1.1 材料

电气石取自赤峰煤矿，并在表 1 中给出了其典型的分析。将电气石破碎到微观层次的细度制成吸附剂。吸附剂的比表面积是通过高速气体吸附分析仪在77.4Ķ氮气吸附测定。粒子计数器测定吸附剂的平均粒径（日本，岛津）。在本研究中使用的金属溶液均为分析纯和硝酸盐化合物的形式，Cu(NO 3)2，Zn(NO 3)2，Cd(NO 3)2，Pb(NO 3)2。

表1电气石的典型分析

成分

数值 成分 数值 SiO 2，%

45 TiO 2，% 0.49 Al 2O 3，%

20.9 B 2O 3，% 8.98 Fe 2O 3，%

1.78 Na 2O ，% 0.98 FeO ，%

1.71 K 2O ，% 0.06 MnO ，%

2.62 其他，% 6.93 CaO ，%

6.35 比表面积，m 2/g 8.78 MgO ，% 4.74 平均粒径，μm 0.47

1.2 吸附等温线的研究

批量测定电气石对单一金属的吸附等温线；分批实验，通过加入50mL 的金属溶液至含有100mg 电气石的100mL 聚丙烯管中进行。它们的初始溶液是10-500mg/L ，并盐酸或氢氧化钠将pH 用调整到6.0。将混合物放在水浴摇床将温度控制在（25±2）℃摇晃1h ，摇晃结束后离心（3000转/分，20分钟），取上清液取。在上清液中的金属浓度通过原子吸收光谱仪测定(V ARIAN110，USA)。

所列数据时三个独立实验的平均值，利用质量平衡方程(1)计算电气石对金属离子吸附 (Q) 。最大吸附量通过施加Langmuir 等温方程（2）测定。

B V

C C Q )(0-= （1）

C q bq Q C max max 11+= （2）

其中Q 是金属离子吸附（mg/干重），C 为溶液中金属离子的残留浓度（mg/L ），C 0是在溶液中金属离子的初始浓度（mg/L ），V 是体积的溶液（mL ），B 为电气石的重量（g ），q max 是最大吸附量（mg/g 干重）。Langmuir 吸附常数b 是关系到能量或净生成焓吸附量(L/mg ； Faust and Aly ，1987)。

2 结果与讨论

2.1 接触时间对吸附量的影响

电气石对于不同浓度的Cu 2+、Pb 2+、Zn 2+和Cd 2+ 的吸附动力学概况如图 1所示。在开始的40分钟吸附剂对所有浓度的金属吸收最快，Cu 2+、Pb 2+、Zn 2+和Cd 2+分别为92%、99%、88%和84%；所有金属离子的吸附需要达到平衡为时间约为60分钟。同时发现在整个期间金属吸附的吸附速率能独立于所使用的金属初始浓度。

1g 电气石对于100mg/L 金属溶液中Cu 2+、Pb 2+、Zn 2+和Cd 2+ 的最大量分别为43.4mg 、 49.4mg 、28.1mg 和23.3mg 。它们在最大吸附量上的差异被解释与它们的价态和离子半径有关(Puls and Bohn ，1988)。