腐植酸樹脂/二氧化硅復合材料對重金屬Pb2+的吸附研究

孔德星（甘肅政法學院甘肅蘭州 730070）

引言

本研究通過將腐植酸和硅酸鹽酸化共沉淀的方法得到了腐植酸樹脂/Si O2復合材料，對水溶液中Pb2+的吸附進行了探討。

一、實驗

1.實驗儀器與試劑

WFX-310原子吸光分光光度計（北京瑞利分析儀器廠；T H Z-C型臺式恒溫振蕩器（江蘇太倉實驗設備廠）；LXJ-64-01電動高速離心機（北京醫療儀器修理廠）；PB-10酸度計（德國Sa r t o r i u s公司）；腐殖酸(H u mi c a c i d)化學純（天津市津科精細化工研究所）；硅酸鈉（Na2Si O3·9 H2O）分析純（天津市北方天醫化學試劑廠）；實驗用水為一次蒸餾水；所用其他化學試劑均為分析純。

2.實驗方法

（1）材料的制備

取一定量腐植酸和硅酸鈉（質量比為1：1.5）溶于蒸餾中，混合均勻，加熱至70℃，在磁力攪拌器的劇烈攪拌下以5mL/mi n的速度滴加2.0 mo l/L的稀鹽酸至p H=7,待沉淀析出后，向其中加入1mo l/LC a C l2溶液（C a2+/腐植酸質量比為1:1）作為凝聚劑，繼續劇烈攪拌20 mi n，過濾，洗滌后，90℃烘干至恒重，得到黑色塊狀樣品，研磨過80目篩后備用。

（2）吸附實驗

準確移取不同含量的待測Pb 2+溶液到25mL容量瓶中，然后加入2.5mL1mo l/L的Na NO3溶液作為背景電解質溶液以調整溶液的離子強度，用水稀釋至刻度。輕輕搖勻后全部倒入裝有0.2 g腐植酸樹脂/Si O2復合材料的塑料離心管中，先在室溫（25±1）℃下靜置片刻，然后振蕩12 h,最后離心分離。離心的上清液用0.45m的微孔濾膜過濾。濾液接著用原子吸收分光光度計測定Pb2+濃度，其中用系列不同濃度的Pb2+做標準曲線，然后用差減法計算復合材料對Pb2+的吸附量。

同時在本實驗中保持其他實驗條件不變，改變恒溫振蕩的時間，來考查不同振蕩時間對腐植酸樹脂/Si O2復合材料吸附Pb2+能力的影響。設定溫度分別是(25±1)℃，(45±1)℃，(65±1)℃。。

二、實驗結果和討論

1.溫度的影響

在0.1M的Na NO3溶液中，腐植酸樹脂/Si O2復合材料分別

在25℃、45℃、65℃下吸附Pb 2+的結果見圖1。

圖1 腐植酸樹脂/SiO2復合材料對Pb2+的等溫吸附曲線

由圖1可見，隨著溫度的升高，腐植酸樹脂/Si O2復合材料對Pb2+離子的吸附能力隨之增加，可以說明腐植酸樹脂/Si O2復合材料對Pb2+的吸附是吸熱反應。吸附能力隨溫度升高而增大，在溫度較高時，Pb2+的擴散速度和離子的活度均相應提高，Pb2+離子可以與復合材料的表面結構中有更強的相互作用，增加了進入復合材料內部結構的可能性。

2.吸附等溫模型

基于3種溫度條件下，分別用Li n e a r，Fr e n d l i c h和La n g mu i r方程擬合不同質量濃度的Pb2+在腐植酸樹脂/Si O2復合材料上的吸附等溫線（表1）。在表1中，C s代表復合材料對Pb2+的吸附量，mg/g；C e代表溶液中Pb2+的平衡質量濃度，mg/L；q ma x代表飽和吸附量，a、k、n系與復合材料性質有關的常數。

表1 Pb2+在腐植酸樹脂/SiO2復合材料中的吸附等溫模型

從表1可以看出，在3種溫度條件下，Pb2+在腐植酸樹脂/二氧化硅復合材料中的吸附用Linear方程擬合效果最佳，因此采用Li n e a r方程來擬合吸附實驗數據，并且用Clausius-Claperyon's方程計算出Pb2+的吸附反應的焓變值ΔH分別為7.572 J/mo l[15-16]。該值遠遠低于一般的化學吸附焓變值42 k J/mo l的，因此我們得出結論，腐植酸樹脂/二氧化硅復合材料吸附Pb2+以物理吸附為主。

3.吸附時間的影響

通過我們對吸附時間與吸附量關系的實驗表明，吸附時間對吸附量有顯著的影響（圖2）。從圖中可以看出在吸附反應初期，腐植酸樹脂/二氧化硅復合材料對Pb2+的吸附率隨吸附時間的增加而迅速升高，因為Pb 2+的吸附主要發生在復合材料的分子表面和孔內表面；而在吸附后期，吸附受擴散控制吸附速率減緩，主要是因為吸附主要發生在深孔內界面。如圖所示，吸附進行2 h以后，吸附作用基本達到平衡，吸附時間對吸附效果的影響不再明顯。因此，我們得出結論，最佳的吸附時間應控制在2 h。

圖2 吸附時間對腐植酸樹脂/二氧化硅復合材料對Pb2+的吸附率的影響

4.腐植酸樹脂/SiO2復合材料吸附Pb2+能力在重金屬離子污水環境的應用

研究表明大部分含重金屬離子污水的p H值在3.0～7.0范圍內，因此，初始的600 mg/L的Pb2+p H值被調節為微酸性，然后去考查不同溫度25℃、45℃和65℃對吸附能力的研究。吸附時間控制在2 h，實驗結果表明吸附率分別為96.82%、99.17%和99.18%。從吸附率可以看出，腐植酸樹脂/二氧化硅復合材料對重金屬離子的吸附效果明顯，吸附能力迅速，并且價格低廉，因此，適合廣泛地用于水處理工藝中去除水中的重金屬離子。

結論

1.腐植酸樹脂/二氧化硅復合材料對Pb2+具有很強的吸附作用，在25℃、45℃和65℃吸附率分別高達96.82%、99.17%和99.18%。；

2.Liear方程可以有效的擬合吸附等溫線，并且表明吸附量隨溫度升高而增加，證明了該吸附屬于吸熱反應；

3.腐植酸樹脂/二氧化硅復合材料對Pb2+吸附熱為7.572 J/mo l、，吸附以物理吸附為主；

4.腐植酸樹脂/二氧化硅復合材料在水處理的p H范圍內（微酸性條件）對Pb2+的吸附具有很強的并且穩定的吸附率，因此可以廣泛用于去除污水中的Pb2+。

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