土壤對銅的吸附20

土壤對銅的吸附11環(huán)科1陳浩翔1土壤中重金屬污染主要來自于工業(yè)廢水、農(nóng)藥、污泥和大氣降塵等。過量的載金屬可引起植物的生理功能紊亂、營養(yǎng)失調(diào)。由于重金屬不能被土壤中的微主物所降解，因此可在土壤中不斷地積累，也可為植物所富集并通過食物鏈危害氣體健康。重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化主要包括吸附作用、配合作用、沉淀溶解作用和氧化還原作用。其中又以吸附作用最為重要。銅是植物生長所必不可少的微量營養(yǎng)元素，但含量過多也會使植物中毒。土壤的銅污染主要是來自于銅礦開采和冶煉過程。進人到土壤中的銅會被土壤中的粘土礦物微粒和有機質(zhì)所吸附，其吸附能力的大小將影響銅在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化。因此，研究土壤對銅的吸附作用及其影響因素具有非常重要的意義。一、實驗目的了解影響土壤對銅吸附作用的有關(guān)因素。學會建立吸附等溫式的方法。二、實驗原理不同土壤對銅的吸附能力不同，同一種土壤在不同條件下對銅的吸附能力也有很大差別。而對吸附影響比較大的兩種因素是土壤的組成和pH.。為此，本實驗通過向土壤中添加一定數(shù)量的腐殖質(zhì)和調(diào)節(jié)待吸附銅溶液的pH，分別測定上述兩種因素對土壤吸附銅的影響。土壤對銅的吸附可采用Freundlich吸附等溫式來描述。即：Q=Kp1/n式中：Q 土壤對銅的吸附量，mg/g；p——吸附達平衡時溶液中銅的濃度，mg/L；K,n——經(jīng)驗常數(shù)，其數(shù)值與離子種類、吸附劑性質(zhì)及溫度等有關(guān)。將Freundlich吸附等溫式兩邊取對數(shù)，可得：1gQ=lgK+-lgpn以1gQ對1gp作圖可求得常數(shù)K和n，將K、n代人Freundlich吸附等溫式，便可確定該條件下的Freundlich吸附等溫式方程，由此可確定吸附量(Q)和平衡濃度(p)之間的函數(shù)關(guān)系。土壤對銅的吸附還可采用Langmuir等溫吸附方程來描述。即Langmuir吸附方程qkPQ二一1+kp1式中Q-吸附量mg/gq-飽和吸附量mg/gmP-吸附平衡時離子濃度mg/lk-常數(shù)等式兩邊取倒數(shù)，有1111=?——+ QqkPqm1 m11作1-1，可得常數(shù)q、k，即可得到該溫度下Langmuir吸附方程。QP m1三、儀器和試劑儀器原子吸收分光光度計。恒溫振蕩器。離心機。酸度計。復合電極。容量瓶：50mL，250mL，500mL。聚乙烯塑料瓶：50mL。試劑(1)二氯化鈣溶液(0.01mol/L):稱取1.5gCaC12?2^0溶于1L水中。銅標準溶液(1000mg/L)：將0.5000g金屬銅(99.9%)溶解于30mL1:1HNO3中，用水定容至500mL。50mg/L銅標準溶液：吸取25mL1000mg/L銅標準溶液于500mL容量瓶中,加水定至刻度。(4)硫酸溶液：0.5mol/L。(5)氫氧化鈉溶液：1mol/L。⑹銅標準系列溶液(pH=2.5)：分別吸取10.00、15.00、20.00、25.00、30.00mL的銅標準溶液于250mL燒杯中，加0.01mol/LCaCl2溶液，稀釋至240mL,先用0.5mol/LH2SO4調(diào)節(jié)pH=2，再以1mol/LNaOH溶液調(diào)節(jié)pH=2.5，將此溶液移入250mL容量瓶中，用0.01mol/LCaCl2溶液定容。該標準系列溶液濃度為40.00、60.00、80.00、100.00、120.00mg/L。按同樣方法，配制pH=5.5的銅標準系列溶液。(7)腐殖酸(生化試劑)。1號土壤樣品：將新采集的土壤樣品經(jīng)過風干、磨碎，過0.15mm(100目)篩后裝瓶備用。2號土壤樣品：取1號土壤樣品300g，加人腐殖酸30g，磨碎，過0.15mm(100目)篩后裝瓶備用。四、實驗步驟標準曲線的繪制吸取50mg/L的銅標準溶液0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL分別置于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/L的H2SO4，用水定容，其濃度分別為0、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mg/L。然后在原子吸收分光光度計上測定吸光度。根據(jù)吸光度與濃度的關(guān)系繪制標準曲線。原子吸收測定條件：波長：325.0nm；燈電流1mA；光譜通帶：20；增益粗調(diào):0；燃氣：乙炔；助燃氣：空氣；火焰類型：氧化型。土壤對銅的吸附平衡時間的測定(1)分別稱取1、2號土壤樣品各6份，每份1g于50mL聚乙烯塑料瓶中。(2)向每份樣品中各加人50mg/L銅標準溶液50mL。(3)將上述樣品在室溫下進行振蕩，分別在振蕩0min,15min,30min,45min,60min,90min后，過濾，迅速吸取上層清液10mL于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/L的H2SO4溶液，用水定容后，用原子吸收分光光度計測定吸光度。以上內(nèi)容分別用pH為2.5和5.5的100mg/L的銅標準溶液平行操作。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制溶液中銅濃度對反應時間的關(guān)系曲線，以確定吸附平衡所需時間。土壤對銅的吸附量的測定分別稱取1、2號土壤樣品各10份，每份lg,分別置于50mL聚乙烯塑料瓶中。依次加入50mlpH為2.5和5.5、濃度為40.00、60.00、80.00、100.00、120.00mg/L銅標準系列溶液，蓋上瓶塞后置于恒溫振蕩器上震蕩45min。振蕩達平衡后，過濾取10mL于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/L的H2SO4溶液，用水定容后，用原子吸收分光光度計測定吸光度。(4)剩余土壤渾濁液用酸度計測定pH。五、數(shù)據(jù)處理土壤對銅的吸附量可通過下式計算：Q=(P—P0)V1000W式中：Q 土壤對銅的吸附量，mg/g；P0——溶液中銅的起始濃度，mg/L；p——溶液中銅的平衡濃度，mg/L；V——溶液的體積，mL；W——烘干土樣重量，go由此方程可計算出不同平衡濃度下土壤對銅的吸附量。建立土壤對銅的吸附等溫線以吸附量(Q)對濃度(p)作圖即可制得室溫下不同pH條件下土壤對銅的吸附等溫線。建立Freundlich方程以1gQ對1gp作圖，根據(jù)所得直線的斜率和截距可求得兩個常數(shù)K和n，由此可確定室溫時不同pH條件下不同土壤樣品對銅吸附的Freundlich方程。4、建立Langmuir等溫吸附方程作丄丄，可得常數(shù)q、k，即可得到該溫度下Langmuir吸附方程。QP m1

實驗數(shù)據(jù)記錄表11、2號土時間-吸附量記錄時間/min015304560901測mg/l4.86954.16373.96493.82454.00253.61962測mg/l3.59911.98401.41101.17061.13391.11731mg/l24.347520.818519.824519.122520.012518.09802mg/l17.99559.92007.05505.85305.66955.5865Q1mg/g1.28261.45911.50881.54391.49941.5951Q2mg/l1.60022.00402.14732.20742.21652.2207號土高25.0%-38.3%。表2PH=3.5不同銅離子濃度土壤吸附量ph3.51號土f型曲線522?-oo_lo1X11?-oph3.51號土f型曲線522?-oo_lo1X11?-oo5oo1X21X41X61X81X1-1/c(mg/l)—1ph3.5Cu濃度mg/l4060801001201測mg/l3.55475.50369.127914.197017.95702測mg/l0.75802.52977.51549.691913.16901mg/l17.773527.518045.639570.985089.78502mg/l3.790012.648537.577048.459565.8450Q1mg/g1.11131.62411.71801.45081.5108Q2mg/l1.81052.36762.12122.57702.7078lgC11.24981.43961.65931.85121.9532lgc20.57861.10201.57491.68541.81851/C10.05630.03630.02190.01410.01111/c20.26390.07910.02660.02060.0152logQ10.04580.21060.23500.16160.1792logQ20.25780.37430.32660.41110.43261/Q10.89980.61570.58210.68930.66191/Q20.55230.42240.47140.38800.3693oooooQSSIph3.52號土F型曲線1X1X31X1Xph3.52oooooQSSIph3.52號土F型曲線1X1X31X1Xph3.52號土L型曲線1-1/c(mg/l)—l圖1-圖4PH=3.5不同銅離子濃度土壤吸附量曲線ph5.51號土F型曲線ph5.51號土ph5.51號土F型曲線ph5.51號土L型曲線0.700010.6000g0.5000/0.4000m0.3000Q0.200010.10000.00000.00000.02000.04000.06000.08000.10000.12000.14000.16000.1800表3PH=5.5不同銅離子濃度土壤吸附量ph5.5Cu濃度mg/l4060801001201測mg/l1.21731.33756.41857.11209.54692測mg/l0.32710.16183.40486.59419.78981mg/l6.08656.687532.092535.560047.73452mg/l1.63550.809017.024032.970548.9490Q1mg/g1.69572.66562.39543.22203.6133Q2mg/l1.91822.95963.14883.35153.5526lgC10.78440.82531.50641.55101.6788lgc20.2137null1.23111.51811.68971/C10.16430.14950.03120.02810.02091/c20.61141.23610.05870.03030.0204logQ10.22930.42580.37940.50810.5579logQ20.2829null0.49810.52520.55051/Q10.58970.37510.41750.31040.27681/Q20.52130.33790.31760.29840.28150.60000.50000.40000.30000.20000.10000.00000.5000 0.7000 0.9000 1.1000 1.3000 1.5000 1.7000 1.9000logcmg/l1/C(mg/l)-10.70000.0000ph5.52號土F型曲線0.60000.50000.40000.30000.70000.0000ph5.52號土F型曲線0.60000.50000.40000.30000.20000.10000.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 5.0000 6.0000logCmg/lph5.52號土L型曲線0.600010.5000g0.4000m0.3000(0.2000/0.10000.00000.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 1.2000 1.40001/C(mg/l)-1圖5-圖8PH=5.5不同銅離子濃度土壤吸附量曲線可以看出，土壤對銅離子的吸附用Langmuir等溫吸附方程描述有更好的相關(guān)性。由擬合方程可以計算出飽和吸附量和吸附系數(shù)（表5）表5不同條件下最大吸附量、吸附常數(shù)樣品qmaxmg/gkph=3.5土11.790.38ph=3.5土22.554.25ph=5.5土13.372.73ph=5.5土23.13.55表6土樣ph土樣ph=3.540mg/lph=3.5120mg/lph=5.540mg/lph=5.5 120mg/l14.514.334.884.6723.893.534.374.27從表中可以能看出，隨著銅離子濃度增加，土壤ph值降低，且在添加液ph=2.5時，土壤ph降低明顯。六、思考題1.土壤的組成和溶液的pH值對銅的吸附量有何影響？為什么？答