料姜石吸附水中Cu、Pb的初步研究

劉俊娓 馬文杰 王慧娟*

（甘肅省疾病預(yù)防控制中心 蘭州 730020）

1 前言

我國對(duì)姜石的應(yīng)用，至少有二千多年的歷史，主要作為礦物藥。集歷代藥典大成的李時(shí)珍所著《本草綱目》稱：“生土間，狀如姜。有五種，以色白而爛不磣者良”?！靶韵蹋?，無毒。主治疔瘡、腫脹、水腫”等等。也有人用來泡水或沏茶，長期飲用可預(yù)防大骨節(jié)等地方病，健康益壽的功效與其所含對(duì)人體有益的微量元素有關(guān)[1]。在民間也有將料姜石放入井和儲(chǔ)水器中用以處理水質(zhì)。本文通過對(duì)料姜石的成分及對(duì)重金屬鉛和銅的吸附性的分析，旨在為制備天然、低成本的新型凈水劑提供技術(shù)參考。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料：料姜石（產(chǎn)自甘肅隴東地區(qū)）

2.2 儀器：AQ4000水質(zhì)分析儀、PDV6000重金屬分析儀、分析天平、恒溫水浴鍋等

2.3 試劑：Pb標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（ρ=1mg/mL）、Cu標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（ρ=1mg/mL）（由國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心提供），硝酸（分析純）。

2.4 試驗(yàn)方法[3][4][5]

2.4.1 料姜石的粒度對(duì)吸附效率的影響

將料姜石粉碎后，分別過20目、40目、60目、80目、100目的篩子后，取2g于25℃下分別加入Cu、Pb離子濃度為3mg/L、1mg/L的500mL溶液中，吸附兩小時(shí)后測(cè)定溶液中Cu、Pb離子濃度的變化，并計(jì)算吸附率。

2.4.2 吸附時(shí)間對(duì)吸附效率的影響

取過20目篩后料姜石2g，于25℃下分別加入Cu、Pb離子濃度為3mg/L、1mg/L的500mL溶液中，每隔兩小時(shí)測(cè)定一次Cu、Pb離子濃度的變化，并計(jì)算吸附率。

2.4.3 溫度對(duì)吸附率的影響

取過20目篩后料姜石2g，加入Cu、Pb離子濃度為3mg/L、1mg/L的500mL溶液中，在25℃、30℃、40℃、50℃、60℃條件下吸附兩小時(shí)后測(cè)定Cu、Pb濃度的變化，并計(jì)算吸附率。

2.4.4 料姜石的用量對(duì)吸附率的影響

分別取過20目篩后料姜石1g、1.5g、2g、2.5g、3g，于25℃下分別加入Cu、Pb離子濃度為3mg/L、1mg/L的500mL溶液中，每隔兩小時(shí)測(cè)定一次Cu、Pb濃度的變化，并計(jì)算吸附率。

2.4.5 金屬離子濃度對(duì)吸附率的影響

取過20目篩后的料姜石2g，于25℃下加入Cu離子濃度分別為1、2、3、4、5mg/L ，Pb離子濃度為0.1、0.5、1、2、3mg/L的500mL重金屬離子溶液中，每隔兩小時(shí)測(cè)定一次重金屬離子濃度的變化，并計(jì)算吸附率。

2.4.6 吸附率的計(jì)算

Q=(D-C)/D

式中：Q為吸附率，%；D為相同參數(shù)下不加料姜石的對(duì)照溶液中Cu、Pb離子的濃度，mg／L；C為加入料姜石吸附后溶液中金屬離子的濃度，mg/L。

3 結(jié)果與分析

3.1 料姜石的成分分析[2]

從料姜石成分分析可知，料姜石的主要組分為石英、碳酸鈣和Al2O3，富含多種微量元素，部分為人體需缺的有用微量元素。這一成分組成表明高嶺石和伊利石等粘土礦物在料姜石的礦物組成中的數(shù)量比較高，它們的種類、數(shù)量比決定著料姜石的可溶出成分、吸附性及離子交換性(即微量元素成分特征)，為利用料姜石開發(fā)新的凈水劑提供了依據(jù)。

3.2 不同料姜石粒徑對(duì)吸附效果的影響

從圖1和2中可以看出，隨著料姜石粒徑的減小，吸附率逐漸增大，而且吸附效果十分明顯，這一現(xiàn)象的原因可能是相同單位質(zhì)量的樣品由于減小了粒徑而增大了吸附的比表面積，同時(shí)，通過級(jí)級(jí)篩分改變了其中高嶺石和伊利石等粘土礦物的數(shù)量比，從而提高了吸附率。但從感官評(píng)價(jià)，粒徑越小水的渾濁度越高，需澄清的時(shí)間越長，因此，對(duì)料姜石的開發(fā)利用要對(duì)其合適的粒徑進(jìn)行選擇。

3.3 不同溫度對(duì)吸附效果的影響

從圖3可以看出，料姜石對(duì)水中Cu的吸附效果隨著溫度的升高而提高，當(dāng)溫度達(dá)到50℃后吸附效果變化不再明顯，造成這種現(xiàn)象的原因可能是溫度的升高加快了離子的運(yùn)動(dòng)從而加快了吸附和離子交換的速率使吸附效果發(fā)生了變化；從圖4可以看出，料姜石對(duì)水中Pb的吸附效果隨溫度的升高而降低，這與Cu正好相反，造成這一現(xiàn)象的原因還有待進(jìn)一步分析。

3.4 不同料姜石用量對(duì)吸附效果的影響

從圖5和6可以看出，料姜石對(duì)水中Cu、Pb的吸附效果都隨料姜石的用量的增加而逐漸提高，在用量達(dá)到2g后，對(duì)Cu的吸附效果的提高逐漸變緩，對(duì)Pb的吸附基本達(dá)到飽和，再增加用量吸附效果基本不再改變。

3.5 不同吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

從圖7和8可以看出，時(shí)間對(duì)料姜石吸附水中的Cu不顯著，隨著時(shí)間的延長吸附率變化緩慢；而時(shí)間對(duì)料姜石吸附水中的Pb效果顯著，隨著時(shí)間的延長，吸附率呈直線型上升的趨勢(shì)。

3.6 不同Cu、Pb濃度對(duì)吸附效果的影響

從圖9和10可以看出，料姜石對(duì)不同濃度Cu、Pb的金屬離子溶液的吸附效果有所不同，Cu在較低濃度時(shí)吸附效果變化明顯，高濃度時(shí)變化趨同；而Pb在低濃度時(shí)變化不明顯，高濃度時(shí)表現(xiàn)出較佳的吸附效果。

4 結(jié)論

料姜石對(duì)水中Cu、Pb的吸附作用與它的礦物構(gòu)成有關(guān)。從料姜石的物化性能分析我們可以，組成這些物質(zhì)的化學(xué)成分在料姜石中有著較高的比例，從而推斷出這幾類礦物在料姜石中的數(shù)量比較高，因此成就了料姜石的這一吸附特性。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，目數(shù)越大吸附效果越好但水質(zhì)越渾濁，感官效果較差；適量的粒徑條件下用量的增加對(duì)水質(zhì)的感官也存在一定程度的影響；較高的溫度和時(shí)間影響效率和實(shí)際應(yīng)用，因此要選擇合理的條件才能提高利用率和推廣的可能性。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析后我們建議的料姜石吸附水中Cu的較佳吸附條件為粒徑40-80目、溫度50℃、用量為2g、吸附時(shí)間2小時(shí)、金屬離子濃度為1mg/L;對(duì)水中Pb的較佳吸附條件為粒徑40-80目、溫度為常溫20℃左右、用量2g、吸附時(shí)間6小時(shí)、金屬離子濃縮為0.1mg/L。料姜石對(duì)水中部分重金屬確實(shí)有良好的吸附效果，為制備天然、低成本的新型凈水劑材料提供了新的參考。

[1]余友芩等.《全國中草藥名鑒》[M].人民衛(wèi)生出版社,1996.

[2]易發(fā)成,楊 劍等.膨潤土物化性能及其開發(fā)利用[J].中國礦業(yè).2005,14(2):35-37.

[3]徐傳云等.天然絲光沸石脫除生活污水中NH3-N研究[J].非金屬礦.2004,27(6):47-49.

[4]楊明平,傅勇堅(jiān).用有機(jī)膨潤土吸附處理含鉻(VI)廢水的研究[J].材料保護(hù),2006,39(2):67-70.

[5]馬小隆，劉曉明，宋吉勇.鈣基膨潤土的改性方法及對(duì)Pb 吸附性能的研究[J].有色礦冶.2005,21(4):44-47.