膨潤(rùn)土對(duì)重金屬離子競(jìng)爭(zhēng)吸附研究

李宇+王雪菲

摘 要：通過(guò)間歇試驗(yàn)研究了膨潤(rùn)土對(duì)雙組份與三組份競(jìng)爭(zhēng)溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附特性。試驗(yàn)結(jié)果表明，Cu（II）和Ni（II）對(duì)于Pb（II）的吸附均有抑制作用，Cu（II）較Ni（II）對(duì)于Pb（II）的吸附影響效果明顯?？刹捎肔angmuir模型模擬膨潤(rùn)土對(duì)單組份Pb（II）的等溫吸附過(guò)程，而單組份Cu（II）和Ni（II）的試驗(yàn)結(jié)果更符合Freundlich模型。膨潤(rùn)土對(duì)單組份與三組份溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附能力大小順序均為Pb（II）>Cu（II）>Ni（II）。

關(guān)鍵詞：膨潤(rùn)土；競(jìng)爭(zhēng)吸附；鉛；銅；鎳

隨著城市化以及工業(yè)化的發(fā)展，采礦、冶煉、制革、電鍍、電池和機(jī)械制造等工業(yè)過(guò)程中，產(chǎn)生各種重金屬進(jìn)入到大氣、水體、土壤中，往往造成兩種或兩種以上的多種重金屬并存的復(fù)合污染。在環(huán)境中存在的重金屬具有一定毒性，在土壤與水體遷移過(guò)程中，可被水生動(dòng)物、植物吸收，通過(guò)食物鏈在動(dòng)物與人體中富積，引起各種疾病，對(duì)人類生存造成嚴(yán)重危害。近年來(lái)，重金屬污染事件頻繁發(fā)生，實(shí)際的重金屬污染情況多為復(fù)合污染，因此，多體系的重金屬水污染處理受到更多學(xué)者關(guān)注與研究。

一、材料與試驗(yàn)方法

（一）試驗(yàn)材料

來(lái)自大連地區(qū)的膨潤(rùn)土，膨潤(rùn)土的準(zhǔn)備過(guò)程參照文獻(xiàn)[1]。試驗(yàn)所用硝酸鉛、氯化銅、氯化鎳均為分析純，將其分別配置成1000mg/L的母液。

（二）試驗(yàn)方法

將0.1g的膨潤(rùn)土與50mL不同濃度的Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）溶液混合于100mL的錐形瓶中，錐形瓶置于恒溫振蕩器中，恒定溫度為20℃，轉(zhuǎn)速為120 rpm，振蕩12h，靜置3h后的溶液通過(guò)離心機(jī)以5000 rpm離心20 min，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定平衡后溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的濃度。

按下式計(jì)算的吸附量qt、去除率R：

式中，C0，Ct，Ce分別為溶液中重金屬離子的初始，t時(shí)刻與平衡時(shí)濃度（mg/L）。

二、結(jié)果與討論

（一）單組份等溫吸附

Pb（II）初始濃度為100、120、140、160、180、200mg/L，Cu（II）、Ni（II）初始濃度均為10、20、40、60、80、100 mg/L，反應(yīng)時(shí)間為12h，其他條件與動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)相同，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可得，Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）均呈現(xiàn)出隨初始濃度增大，吸附量增加的趨勢(shì)。初始濃度均為100 mg/L時(shí)，Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附量分別為43.249、4.838和4.587mg/g，說(shuō)明膨潤(rùn)土對(duì)此三者吸附強(qiáng)弱順序?yàn)镻b（II）>Cu（II）>Ni（II），此結(jié)果與已有的研究成果一致[2]。Pb（II）的吸附量最大，可能取決于電負(fù)性最大，電負(fù)性大小順序?yàn)镻b（II） > Cu（II） > Ni （II） [3]；另外，Pb（II）水合離子半徑最小，活性吸附位點(diǎn)數(shù)量一定時(shí)，達(dá)到飽和狀態(tài)，則Pb（II）的吸附量要大，且Pb（II）的水合能低于Cu（II）和Ni（II），更易于吸附到膨潤(rùn)土中礦物表面。

采用Langmuir和Freundlich兩種模型對(duì)吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，以研究Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）在膨潤(rùn)土上的吸附特性。

無(wú)量綱分離因子RL，它的大小在一定的程度上能夠反映吸附過(guò)程是否有利。0

由表1可知，nPb（II）>nCu（II）> nNi（II）>1，且KF，Pb（II）>KF，Cu（II） >KF，Ni（II），表明膨潤(rùn)土對(duì)金屬親和力大小順序?yàn)镻b（II）>Cu（II）>Ni（II），與Langmuir模型擬合相符。根據(jù)表1，Langmuir模型能夠很好地?cái)M合Pb（II）的吸附數(shù)據(jù)，而Cu（II）和Ni（II）的試驗(yàn)結(jié)果更符合Freundlich。

（二）雙組份體系等溫吸附

在雙組份（Pb（II）-Cu（II）、Pb（II）-Ni（II））吸附試驗(yàn)中，Pb（II）的初始濃度為100、120、140、160、180、200mg/L，Cu（II）、Ni（II）的初始濃度變化范圍為10-100mg/L（10、20、40、60、80、100mg/L），恒溫20℃，保持固液比為1g/L，pH值不變化。Cu（II）對(duì)Pb（II）、Ni（II）對(duì)Pb（II）吸附的影響分別如圖2和圖3所示。

在Pb（II）-Cu（II）雙組份體系中，當(dāng)加入Cu（II）的初始濃度由10mg/L到100mg/L時(shí)，Pb（II）的吸附量均降低。Pb（II）的初始濃度為200mg/L時(shí)，加入100mg/L的Cu（II）離子，Pb（II）的吸附量比Pb（II）單組份試驗(yàn)降低了63.5%。因膨潤(rùn)土表面活性吸附位點(diǎn)數(shù)量固定，Cu（II）的加入，占用了相應(yīng)的吸附位點(diǎn)，而降低了Pb（II）的去除。當(dāng)Cu（II）的初始濃度低于40mg/L時(shí)，對(duì)于Pb（II）吸附的影響較為明顯；當(dāng)初始濃度高于40mg/L時(shí)，對(duì)于Pb（II）的吸附干擾較為穩(wěn)定，由于表面活性吸附位點(diǎn)基本飽和。當(dāng)Pb（II）的初始濃度為120mg/L時(shí)，Cu（II）的初始濃度為60、80、100mg/L時(shí)，Pb（II）的吸附量分別為33.38、29.19和27.46mg/g。

在Pb（II）-Ni（II）雙組份體系中，通過(guò)與圖2對(duì)比，發(fā)現(xiàn)Ni（II）對(duì)Pb（II）吸附的影響弱于Cu（II）對(duì)Pb（II）吸附的影響。Pb（II）的初始濃度為200mg/L時(shí)，加入100mg/L的Ni（II），Pb（II）的吸附量比Pb（II）單組份試驗(yàn)降低了34.9%。當(dāng)Ni（II）的初始濃度為10mg/L時(shí)，等溫吸附線與單組份Pb（II）的吸附線基本一致，即可忽略Ni（II）對(duì)Pb（II）吸附的影響。

（三）三組份體系等溫吸附

Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的初始濃度比例為1：1：1，固液比為1g/L，不調(diào)節(jié)pH值，反應(yīng)時(shí)間為12h。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比在表2中，不同初始濃度三組份體系中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附量分別低于單組份Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附量，這是由于Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）離子相互競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)的結(jié)果。當(dāng)Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的初始濃度為60、100、200mg/L時(shí)，Ni（II）的吸附量分別為2.875、2.13、1.15mg/g，表明Ni（II）與Pb（II）、Cu（II）競(jìng)爭(zhēng)較弱。膨潤(rùn)土對(duì)三者選擇性順序大小為Pb（II）>Cu（II）>N（II），與單組份試驗(yàn)結(jié)果相同。

三、結(jié)論

1、雙組份等溫吸附試驗(yàn)，Cu（II）和Ni（II）對(duì)于Pb（II）的吸附均有抑制作用，且Cu（II）較Ni（II）對(duì)于Pb（II）的吸附影響效果明顯。

2、可采用Langmuir模型模擬膨潤(rùn)土對(duì)單組份Pb（II）的等溫吸附過(guò)程，而單組份Cu（II）和Ni（II）的試驗(yàn)結(jié)果更符合Freundlich模型。

3、膨潤(rùn)土對(duì)單組份與三組份溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附能力大小順序均為Pb（II）>Cu（II）>Ni（II）。

參考文獻(xiàn)：

[1]張金利.張林林.谷鑫.重金屬Pb（Ⅱ）在膨潤(rùn)土上去除特性研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2013（01）： p.117-123.

[2] Futalan C.M. et al.， Comparative and competitive adsorption of copper， lead， and nickel using chitosan immobilized on bentonite[J]. Carbohydrate Polymers， 2011， 83（2）： p. 528-536.

[3] Vijayaraghavan. K. et al.， Application of Sargassum biomass to remove heavy metal ions from synthetic multi-metal solutions and urban storm water runoff[J]. J Hazard Mater， 2009， 164（2-3）： p. 1019-23.endprint