盐酸改性凹凸棒土对铜离子的吸附性能

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇盐酸改性凹凸棒土对铜离子的吸附性能范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：采用不同浓度盐酸对凹凸棒土进行改性，研究其对Cu2+的吸附性能，同时研究了水样中Cu2+的初始浓度、水样pH、吸附振荡时间及投加量对其吸附性能的影响。结果表明，6 mol/L盐酸处理的凹凸棒土对Cu2+吸附能力最佳；Cu2+的初始浓度越高吸附率越低；在Cu2+初始浓度20 mg/L、水样pH 8、改性凹凸棒土加入量为50 g/L、振荡时间50 min时Cu2+的吸附率为93.85%；盐酸改性凹凸棒土对Cu2+的吸附行为符合Langmuir吸附等温方程，饱和吸附量约为20.0 mg/g。

关键词：凹凸棒土；盐酸；Cu2+；吸附性能

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）02-0313-03

凹凸棒土又称坡缕石或坡缕缟石，是一种具有链层状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物。在矿物学上属于海泡石族。凹凸棒土晶体是一种天然的一维无机纳米材料，由于其单晶内部是孔道结构，因而具有较大的比表面积和良好的吸附性能，被广泛用作吸附剂、催化剂及载体、钻井泥浆增稠剂、黏结剂、饲料添加剂等，特别是在水处理领域应用最为广泛[1，2]。

目前，在水处理领域对凹凸棒土吸附性能的研究主要集中在对其进行改性，从而提高其吸附性能。主要的改性方法有超声波处理[3]、高温焙烧处理[4]、表面活性剂处理[5，6]、酸化处理[7，8]及化学添加剂处理[9]。这里利用盐酸对凹凸棒土进行改性，研究其对Cu2+的吸附性能，并获取最佳工艺条件，为工业过程的工艺参数提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试剂：Cu2+（分析纯）、硝酸（分析纯）、盐酸（分析纯）。凹凸棒土：江苏南大紫金集团有限公司生产。水样：实验室配制。仪器：干燥箱、电动搅拌器、电子分析天平、玻璃恒温水浴槽、BFS-2100型双光束原子吸收分光光度计、台式多用恒温振荡器、循环水式真空泵、数显pH计和电动离心机。

1.2 方法

1.2.1 分析方法 采用文献[10]中原子吸收分光光度法测定Cu2+浓度。

1.2.2 凹凸棒土的改性 称取10.0 g凹凸棒土至500 mL烧瓶中，分别用4、5、6、7 mol/L盐酸进行改性，用电动搅拌机搅拌20 min，静置24 h，过滤，水洗至pH 6，放入干燥箱（105 ℃）中烘干。研磨成粉末，置于干燥密闭容器中保存。

2 结果与分析

2.1 不同浓度盐酸改性凹凸棒土对Cu2+吸附率的影响

配制一定量的20 mg/L Cu2+模拟水样，用移液管准确移取50 mL分别加入到4个250 mL锥形瓶中。每个锥形瓶分别加入经过不同浓度盐酸改性后凹凸棒土2.0 g，然后同时放入振荡器中振荡，40 min后取出将溶液分别倒入4个离心管内，4 000 r/min离心3 min取上清液。最后用原子吸收分光光度法测定溶液中Cu2+的剩余浓度，结果见表1。由表1可见，经过浓度为6 mol/L的盐酸改性的凹凸棒土对Cu2+的吸附效果最好，因此，在试验中选用6 mol/L盐酸对凹凸棒土进行改性处理。盐酸改性凹凸棒土，一方面可以有效去除凹凸棒土孔隙中的杂质离子，另一方面H+由外向内依次交换凹凸棒土中的阳离子，扩大了孔的通道，从而增大凹凸棒土的比表面积。但当盐酸浓度达到7 mol/L时，凹凸棒土吸附性能下降，可能与盐酸浓度过大导致凹凸棒土晶体溶解有关[11]。

2.2 水样pH对Cu2+吸附率的影响

以经6 mol/L盐酸处理后的凹凸棒土为吸附剂，分别配制pH 2、4、6、8、10的20 mg/L Cu2+模拟水样，进行吸附试验，结果见图1。由图1可知，水样中Cu2+的吸附率随pH的增大而增加，当pH在8左右时，吸附率达到93.51%。pH进一步增大时Cu2+的去除率变化不大，因而在使用该方法处理含铜废水时，应控制溶液pH在8左右为宜。

2.3 振荡时间对Cu2+吸附率的影响

以经6 mol/L盐酸处理后的凹凸棒土为吸附剂，配制pH为8的20 mg/L Cu2+模拟水样，振荡时间分别控制为10、20、30、40、50、60 min，进行吸附试验，结果见图2。由图2可见，凹凸棒土对水中的Cu2+吸附率随时间的延长而逐渐增大。在50 min后吸附率达到最大且基本稳定，认为吸附达到平衡，再延长振荡时间对Cu2+吸附率影响较小。因此，试验中选取振荡时间为50 min。

2.4 凹凸棒土的投加量对Cu2+吸附率的影响

以经6 mol/L盐酸处理后的凹凸棒土为吸附剂，配制pH为8的20 mg/L Cu2+模拟水样，振荡时间为50 min，凹凸棒土的投加量分别为10、20、30、40、50、60 g/L，进行吸附试验，其结果见图3。由图3可见，随着凹凸棒土投加量的增加，对Cu2+的吸附率逐渐升高。当凹凸棒土投加量为50 g/L时，吸附率达到93.85%，继续增加凹凸棒土投加量，吸附率升高缓慢，到60 g/L时为94.20%。因此，凹凸棒土最佳投加量选用50 g/L。

2.5 水样Cu2+初始浓度对Cu2+吸附率的影响

按照50 g/L的投加量将改性凹凸棒土投加到初始浓度分别为10、20、30、40、50 mg/L的Cu2+模拟水样中，按照以上试验条件进行吸附，吸附结果见图4。由图4可见，随着Cu2+初始浓度的不断增大，改性凹凸棒土对Cu2+吸附率逐渐下降。Cu2+初始浓度为10～20 mg/L时，吸附率缓慢下降，当Cu2+初始浓度为30～50 mg/L时吸附率变化明显，在Cu2+初始浓度为50 mg/L时吸附率仅为70.25%。

2.6 吸附等温曲线

按照2.5试验条件进行吸附试验，测定改性凹凸棒土对Cu2+的吸附率，得到一定温度下（293 K）的平衡浓度与平衡吸附量，以1/qe～1/ce作图得到的吸附等温曲线如图5所示。由图5可知，盐酸改性凹凸棒土对Cu2+吸附在试验浓度范围内符合Langmuir 吸附模型，将试验数据进行回归处理可以求得Langmuir 吸附等温方程为1/qe=0.0831/（1/ce）+0.043 8，相关系数为0.998 9，由方程截距0.043 8可求得改性后凹凸棒土的饱和吸附量为20.0 mg/g。

3 结论

1）凹凸棒土经6 mol/L盐酸改性后对Cu2+吸附性能最佳，盐酸改性凹凸棒土的吸附能力随水样Cu2+初始浓度的增加而降低，同时盐酸改性凹凸棒土的吸附能力还受水样pH、改性凹凸棒土的投加量和振荡时间的影响。试验结果表明，当水样中Cu2+初始浓度为20 mg/L、pH 8、改性凹凸棒土加入量为50 g/L、振荡时间为50 min时，Cu2+的吸附率为93.85%。

2）在试验条件下，盐酸改性凹凸棒土对Cu2+的吸附行为符合Langmuir 吸附模型，其对Cu2+的饱和吸附量约为20.0 mg/g。

参考文献：

[1] 孟庆森，石宗利，王顺花.凹凸棒土表面改性及其在废水处理中的应用[J].硅酸盐通报，2008，27（5）：996-999.

[2] 孔 泳，王志良，倪培华，等.凹凸棒土应用于重金属离子吸附剂的研究[J].分析测试学报，2010，29（12）：1224-1227.

[3] 黄健花，王兴国，金青哲，等.超声波处理凹凸棒土的有机改性研究[J].中国油脂，2005，30（2）：28-30.

[4] 胡涛金，叶 玲，严 群.凹土处理造纸废水的技术研究[J].贵州化工，2005，30（5）：29-31.

[5] 王 松.改性后凹凸棒石黏土处理含磷废水研究[J].广西轻工业，2009，25（10）：42-43.

[6] 黄德容，温 力，封文彬.用改性粘土的吸附混凝去除Zn2+[J].南京化工大学学报（自然科学版），2001，23（4）：62-65.

[7] 王茂元，孙 杰，姜中海.改性凹凸棒土对Mo（Ⅵ）的吸附性能研究[J].化学研究与应用，2009，21（5）：630-633.

[8] 仇立干，王茂元.改型凹凸棒土对磷酸根吸附性能的研究[J].化学研究与应用，2010，22（8）：1009-1014.

[9] 孙爱武.凹凸棒土颗粒吸附剂的制备及其吸附性能研究[D].南京：南京理工大学，2001.

[10] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].第四版.北京：中国环境科学出版社，2002.

[11] 黄健花.凹凸棒土的有机改性及其应用[D].无锡：江南大学，2008.