Cu2+、Zn2+混合离子在蛭石上的竞争吸附研究

重金属不仅严重污染地表水与地下水, 而且还抑制植物的生长, 进入食物链, 在动物和人体内富集, 最终危害人体健康[1,2]。吸附法是处理废水中重金属污染的一种常用方法, 但是一些吸附剂的价格昂贵, 使其广泛应用受到限制。近年来, 采用价格低廉的矿物作为吸附剂来治理废水中重金属的方法成为研究热点之一, 并取得了一定的研究成果[3]。

蛭石是一种复杂的含水、铁、镁、铝、硅酸盐类矿物, 具有较强的阳离子交换能力, 可以应用于废水中重金属的处理[4]。当多种重金属离子与蛭石共存时, 重金属离子之间会竞争蛭石上的吸附位, 从而可能导致蛭石对某些重金属离子的吸附量降低。因此, 研究多种重金属离子共存条件下蛭石吸附行为更具有实际意义。本文笔者主要研究Cu2+、Zn2+共存时, 吸附时间和铜锌浓度比对Cu2+、Zn2+在蛭石上的竞争吸附影响, 为上述两种重金属复合污染水体的治理提供一定的理论参考。

1 实验方法

1.1 吸附时间对蛭石吸附Cu 2+、Zn2+的影响

称取100目蛭石2.00g于250m L具塞锥形瓶中, 分别加入初始浓度为50mg·L-1的Cu2+、Zn2+溶液及Cu2+、Zn2+初始浓度均为50mg·L-1的混合溶液1 0 0 m L, 用1 m o l·L-1的HCl或Na OH溶液调节其p H值, 置于恒温振荡器上, 在160r·min-1, 25℃下振荡, 于10、20、30、60、90、120min时间点上取样, 然后在4000r·min-1条件下离心5min, 取上清液, 用火焰原子吸收法测定Cu2+、Zn2+的残余浓度, 用差减法求出蛭石对模拟废水中Cu2+、Zn2+的吸附量。

1.2 铜锌浓度比对Cu 2+、Zn2+在蛭石上的竞争吸附影响

称取100目蛭石2.00g于250m L具塞锥形瓶中, 分别加入Cu2+∶Zn2+和Zn2+∶Cu2+初始浓度比为50∶25、50∶50、50∶75、50∶100、50∶150的溶液100m L, 用1mol·L-1的HCl或Na OH溶液调节其p H值, 置于恒温振荡器上, 在160r·min-1, 25℃下振荡60min, 然后在4000r·min-1条件下离心5min, 取上清液, 用火焰原子吸收法测定Cu2+、Zn2+的残余浓度, 用差减法求出蛭石对模拟废水中Cu2+、Zn2+的吸附量。

2 结果与讨论

2.1 吸附时间对铜锌竞争吸附的影响

从1.1实验结果, 得到单一重金属离子溶液和混合重金属离子溶液中Cu2+、Zn2+吸附量及去除率随时间的变化规律:在单一金属离子体系中, 蛭石对Cu2+、Zn2+的吸附量迅速增大, 随着吸附时间的延长, 吸附量变化缓慢, 10min时吸附已达平衡, Cu2+、Zn2+的去除率均稳定在98%以上。而在Cu2+-Zn2+混合体系中, Cu2+、Zn2+的吸附量变化趋势与单一金属离子体系相似, 但吸附平衡时间延长至20min。吸附时间为20min时, 单一金属离子体系和混合体系中蛭石对Cu2+的吸附量分别为2.480mg·g-1和2.462mg·g-1, 吸附量降低了0.018mg·g-1, Zn2+的存在对蛭石吸附Cu2+影响很小。对Zn2+而言, 在单一金属离子体系和混合体系中蛭石对Zn2+的吸附量分别为2.472mg·g-1和2.351mg·g-1, 吸附量降低了0.121mg·g-1。相比较来看, 蛭石对Zn2+的吸附受Cu2+的影响较大。

2.2 铜锌浓度比对铜锌竞争吸附的影响

由1.2实验结果, 得到Cu2+-Zn2+混合体系中, 溶液初始浓度变化时, 蛭石对Cu2+、Zn2+的吸附量及吸附总量的变化比较:当Zn2+浓度由25mg·L-1增加到150mg·L-1时, 蛭石对Cu2+的吸附量没有明显变化, 吸附量只降低了0.018mg·g-1;蛭石对Zn2+的吸附量则从1.228mg·g-1变化到6.699mg·g-1。当Cu2+浓度由25mg·L-1增加到150mg·L-1时, 蛭石对Zn2+的吸附量先从2.362mg·g-1上升到2.437mg·g-1, 最后降低到2.185mg·g-1, 虽然吸附量增加和减少的幅度不大, 但是它表明了Cu2+、Zn2+在蛭石上的竞争吸附情况与Zn2+初始浓度变化时有所不同;蛭石对Cu2+的吸附量则从1.240mg·g-1变化到7.253mg·g-1。分析原因, 随着溶液浓度的增加, 导致溶液本身与蛭石表面形成的浓度增大, Cu2+和Zn2+向蛭石内部迁移并进行交换反应的动力增大, Cu2+、Zn2+除了可能与蛭石表面的Al-OH、Si-OH发生表面络合而被吸附外, 还可能进入蛭石层间, 与其中的阳离子进行交换, 使得大量未经利用的内部吸附点位得到有效的利用, 所以造成蛭石的总吸附量增加。但是, 当Cu2+浓度不变, Zn2+浓度变化时, 由于蛭石对Cu2+的吸附能力强于Zn2+, 因此, 蛭石对Cu2+的吸附受Zn2+的影响很小, 相反, 当Cu2+浓度变化, Zn2+浓度不变时, 蛭石对Zn2+的吸附量达到最大值后, 由于其竞争吸附能力弱, Cu2+与Zn2+竞争并置换除已经吸附在蛭石上的Zn2+, 导致了Zn2+的吸附量略有减少。

3 结语

文中研究了在Cu2+-Zn2+混合溶液中, Cu2+、Zn2+在蛭石上的竞争吸附行为, 结果如下: (1) 研究吸附时间对铜锌竞争吸附的影响表明, 在单一金属离子存在的条件下和Cu2+、Zn2+共存的条件下, 时间对Cu2+、Zn2+在蛭石上的吸附量变化趋势相似, 但是在单一金属离子体系中, 蛭石对Cu2+、Zn2+的吸附在10min时基本达到吸附平衡, 而在Cu2+-Zn2+混合体系中, 平衡时间要延长至20min。 (2) 研究铜锌浓度比对铜锌竞争吸附行为表明, Cu2+的存在对Zn2+在蛭石上的吸附影响大于Zn2+对Cu2+的影响。

摘要：蛭石具有独特的晶体结构, 作为天然吸附剂用于重金属废水的处理, 并具有操作简便、效果好、处理成本低等优点。笔者以Cu2+、Zn2+为对象, 研究了Cu2+-Zn2+混合体系中时间和浓度比对Cu2+、Zn2+的竞争吸附行为的影响。结果发现, 蛭石对Cu2+的吸附能力较强, Cu2+的存在对蛭石吸附Zn2+的影响较大。

关键词：蛭石,竞争吸附,Cu2+,Zn2+

参考文献

[1] 马前, 张小龙.国内外重金属废水处理新技术的研究进展[J].环境工程学报, 2007, 1 (7) :10～14.

[2] 中华人民共和国环境保护部.2007年中国近岸海域环境质量公报 (2007) [EB/OL].ht tp://www.zhb.gov.cn/tech/h j j c/j c x x/j a g b/0 7 h y g b/2 0 0 8 0 6/t20080605_123568.htm, 2008-12-10.

[3] 李增新, 薛淑云.廉价吸附剂处理重金属离子废水的研究进展[J].环境污染治理技术与设备, 2006, 1 (7) :6～11.

[4] 李燕, 汪立今.蛭石矿物材料应用及开发初探[J].矿物岩石地球化学通报, 2007, 26 (z1) :104～107.