土壤吸附实验

综合实验：土壤对重金属的吸附性质

土壤中的重金属污染主要来自于工业废水、农药、污泥和大气降尘等。过量的重金属可引起植物的生理功能紊乱、营养失调。由于重金属不能被土壤中的微生物所降解，因此可在土壤中不断地积累，并为植物所富集并通过食物链危害人体健康。

重金属在土壤中的迁移转化主要包括吸附作用、配合作用、沉淀溶解作用和氧化还原作用，其中又以吸附作用最为重要。

铜是植物生长所必不可少的微量营养元素，但含量过多也会造成植物中毒。土壤的铜污染主要是来自于铜矿开采和冶炼过程。进入到土壤中的铜会被土壤中的粘土矿物微粒和有机质所吸附，这种吸附能力的大小将影响着铜在土壤中的迁移转化。因此，研究土壤对铜的吸附作用对于正确评价土壤中铜的环境生态效应具有重要意义。

一、实验目的

1.了解土壤对铜吸附作用的机理及影响因素。

2.学会建立吸附等温线的方法。

二、实验原理

不同土壤对铜的吸附能力不同，在不同的条件下同一种土壤对铜的吸附能力也有很大差别。而对吸附影响比较大的两种因素是土壤的组成和pH值。为此，本实验通过向土壤中添加一定数量的腐殖质和调节待吸附铜溶液的pH值，分别测定上述两种因素对土壤吸附铜的影响。

土壤对铜的吸附可采用Freundlich吸附等温式来描述。即：

n

Q/1

KC

式中：Q—土壤对铜的吸附量（mg/g）；

C—吸附达平衡时溶液中铜的浓度（mg/L）；

K，n—经验常数，其数值与离子种类、吸附剂性质及温度等有关。

将Freundlich 吸附等温式两边取对数，可得：

C n

K Q lg 1lg lg += 以Q lg 对C lg 作图可求得常数K 和n ，将K ，n 代入Freundlich 吸附等温式，便可确定该条件下的Freundlich 吸附等温式方程，由此可确定吸附量Q 和平衡浓度C 之间的函数关系。

三、仪器和试剂

1.仪器

（1）原子吸收分光光度计。

（2）恒温振荡器。

（3）离心机。

（4）酸度计。

（5）复合pH 玻璃电极。

（6）容量瓶：50mL ，250mL ，500mL 。

（7）聚乙烯塑料瓶：50mL 。

2.试剂

（1）二氯化钙溶液:0.01mol/L 称取1.5gCaCl 2·2H 2O 溶于1L 水中。

（3）铜标准溶液:1000mg/L 将0.5000g 金属铜（99.9%）溶解于30mL1:1HNO 3中，用水定容至500mL 。

（3）50mg/L 铜标准溶液:吸取25mL1000mg/L 铜标准溶液于500mL 容量瓶中，加水定容至刻度。

（4）硫酸溶液：0.5mol/L 。

（5）氢氧化钠溶液：1mol/L 。

（6）铜标准系列溶液（pH=2.5）：分别吸取10.00、15.00、20.00、25.00、30.00mL 的1000mg/L 铜标准溶液于250mL 烧杯中，加0.01mol/L CaCl 2溶液，稀释至大约240mL ，先用0.5mol/L H 2SO 4调节pH=2，再以1mol/L NaOH 溶液调

节pH=2.5，将此溶液移入250mL容量瓶中，用0.01mol/L CaCl2溶液定容，溶液系列浓度为40.00、60.00、80.00、100.00、120.00mg/L。

按同样方法，配制pH=5.5的铜标准系列溶液。

（7）腐殖酸（生化试剂）。

（8）1号土壤样品：将新采集的土壤样品经过风干、磨碎，过0.15mm（100目）筛后装瓶备用。

（9）2号土壤样品：取1号土壤样品300g，加入腐殖酸30g，磨碎，过0.15mm （100目）筛后装瓶备用。

四、实验步骤

1.标准曲线的绘制

吸取50mg/L的铜标准溶液0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL 分别置于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/L的H2SO4，用水定容，其浓度分别为0、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mg/L。然后在原子吸收分光光度计上测定吸光度。根据吸光度与浓度的关系绘制标准曲线。

原子吸收测定条件：波长：325.0nm；灯电流：1mA；光谱通带：20；增益粗调：0；燃气：乙炔；助燃气：空气；火焰类型：氧化型。

2.土壤对铜的吸附平衡时间的测定

（1）分别称取1、2号土壤样品1.0g各10份于50mL塑料离心管中。

（2）向每份样品中各加入50mg/L铜标准溶液20mL。

（3）将上述样品在室温下进行振荡，分别振荡1、2、5、10、15、30、60、90、120、240min后，离心分离，迅速吸取上层清液10mL于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/L的H2SO4溶液，用水定容后，用原子吸收分光光度计测定吸光度。以上内容分别用pH值为2.5和5.5的100mg/L的铜标准溶液平行操作。根据实验数据以吸附时间为横坐标、不同吸附时间对应的吸附量为纵坐标绘图，以确定吸附平衡所需时间。

3.土壤对铜的吸附量的测定

（1）分别称取1、2号土壤样品1.0g 各8份于50mL 塑料离心管中。

（2）依次加入50mL pH 值为2.5和5.5、浓度为1、5、10、20、50、100、150、200mg/L 铜标准溶液20.0ml ，盖上瓶塞后置于恒温振荡器上。

（3）振荡达平衡后，离心5min ，吸取上层清液10mL 于50mL 容量瓶中，加2滴0.5mol/L 的H 2SO 4溶液，用水定容后，用原子吸收分光光度计测定吸光度。

（4）剩余土壤上清液用酸度计测定pH 值。

五、数据处理

1.土壤对铜的吸附量可通过下式计算: W V

C C Q 1000)(0-=

式中:Q —土壤对铜的吸附量（mg/g ）；

C O —溶液中铜的起始浓度（mg/L ）

C —溶液中铜的平衡浓度（mg/L ）；

V —溶液的体积（mL ）；

W —烘干土样质量（g ）。

由此方程可计算出不同平衡浓度下土壤对铜的吸附量。

2. 建立土壤对铜的吸附等温线

以吸附量Q 对浓度C 作图即可制得室温下两个不同pH 条件下土壤对铜的吸附等温线。

3. 建立Freundlich 方程

以Q lg 对C lg 作图，根据所得直线的斜率和截距可求得两个常数K 和n ，由此可确定室温时不同pH 值条件下不同土壤样品对铜吸附的Freundlich 方程。

六、思考题

1.土壤的组成和溶液的pH 值对铜的吸附量有何影响？为什么？

2. 探讨土壤对铜的吸附作用机理。