土壤對(duì)銅的吸附

1、環(huán)境化學(xué)一一土壤對(duì)銅的吸附2013年11月實(shí)驗(yàn)十七 土壤對(duì)銅的吸附土壤中重金屬污染主要來自于工業(yè)廢水、 農(nóng)藥、 污泥和大氣沉降等。 過量的重金屬可引起植物的生理功能紊亂、 營(yíng)養(yǎng)失調(diào)。 由于重金屬不能被土壤中的微生物所降解， 由此可在土壤中不斷積累， 也可為植物所富集并通過食物鏈危害人體健康。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(zhǎng)所必不可少的微量營(yíng)養(yǎng)元素， 但含量過多也會(huì)使植物中毒。 土壤的銅污染主要是來自銅礦開采和冶煉過程。 進(jìn)入到土壤中的銅會(huì)被土壤中的粘土礦物微粒和有機(jī)質(zhì)吸附， 其吸附能力的大小將影響銅在土壤

2、中的遷移轉(zhuǎn)化。 因 此，研究土壤對(duì)銅的吸附作用及其影響因素具有非常重要的意義。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解影響土壤對(duì)銅吸附作用的有關(guān)因素。2、學(xué)會(huì)建立吸附等溫式的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理不同土壤對(duì)銅的吸附能力不同， 同一種土壤在不同條件下對(duì)銅的吸附能力也有很大差別。而對(duì)吸附影響比較大的兩種因素是土壤的組成和pH 。為此，本實(shí)驗(yàn)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(cè)定上述兩種因素對(duì)土壤吸附銅的影響。土壤對(duì)銅的吸附可采用 Freundlich 吸附等溫式來描述。即：Q = K p 1/n式中：Q土壤對(duì)銅的吸附量，mg/g;K， n吸附達(dá)平衡時(shí)溶液中銅的濃度， mg/L ；經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，其

3、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(duì)數(shù)，可得：lgQ = lgK + 1/n 1g p以lgQ對(duì)1g p作圖可求得常數(shù) K和n,將K、n代入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。（ 2）采用 Langmuir 吸附等溫式描述，即：Q = qmki p / （1+kip） -1/Q = 1/qmkip + 1/qm以1/Q對(duì)1/p作圖可求出qm和k1 ,進(jìn)而確定吸附量（Q）與平行濃度p的 函數(shù)關(guān)系，分別作出lgQ - lg p和1/Q - 1/

4、 p圖，求出相關(guān)系數(shù)，判定吸附類型。三、儀器和試劑1、儀器（ 1）原子吸收分光光度計(jì)（ 2）恒溫振蕩器（ 3）離心機(jī)（ 4）酸度計(jì)（ 5）復(fù)合電極（ 6）容量瓶：50mL ， 250mL， 500mL（ 7）聚乙烯塑料瓶：50mL2、試劑（1）二氯化鈣溶液（0.01mol/L）:稱取1.5g CaCl2 2H2O溶于1L水中。（2）銅標(biāo)準(zhǔn)溶液（ 1000 mg/L） ：將 0.5000 g 金屬銅（99.9%）溶解于30 mL l:1HNO3 中，用水定容至500 mL。（3） 50 mg/L 銅標(biāo)準(zhǔn)溶液：吸取25 mL 1000 mg/L 銅標(biāo)準(zhǔn)溶液于 500 mL 容量瓶中，加水定至刻度。

5、（4） 硫酸溶液： 0.5 mol/L。（5） 氫氧化鈉溶液： 1 mol/L 。（6） 銅標(biāo)準(zhǔn)系列溶液（pH=2.5）： 分別吸取 10.00、 15.00、 20.00、 25.00、 30.00 mL的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液于250 mL燒杯中，加0.01 mol/L CaCl2溶液，稀釋至240 mL,先 用0.5 mol/L H2SO4調(diào)節(jié)pH = 2,再以1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 2.5,將此溶 液移入 250 mL 容量瓶中，用 0.01 mol/L CaCl2 溶液定容。該標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度為 40.00、 60.00、 80.00、 100.00、 120.00 mg/L。

6、 按同樣方法，配制 pH= 5.5 的銅 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。(7)腐殖酸(生化試劑) 。(8) 1 號(hào)土壤樣品：將新采集的土壤樣品經(jīng)過風(fēng)干、磨碎，過0.15 mm (100目)篩后裝瓶備用。(9) 2號(hào)土壤樣品： 取 1 號(hào)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(shí)驗(yàn)步驟1. 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制吸取 50 mg/L 的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、 0.50、 1.00、 2.00、 4.00、6.00、8.00、 10.00 mL分別置于50 mL容量瓶中，加2滴0.5 mol/L的H2SO4,用水定容，具濃度分別 為 0、0.50、1.00、2.0

7、0、4.00、6.00、8.00、10.00 mg/L。然后在原子吸收分光光 度計(jì)上測(cè)定吸光度。根據(jù)吸光度與濃度的關(guān)系繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。原子吸收測(cè)定條件：波長(zhǎng)：325. 0 nm；燈電流1 mA;光譜通帶：20;增益 粗調(diào)：0；燃?xì)猓阂胰?；助燃?xì)猓嚎諝?；火焰類型：氧化型?. 土壤對(duì)銅的吸附平衡時(shí)間的測(cè)定(1) 分別稱取 1、 2 號(hào)土壤樣品各6 份，每份 10g 于 50 mL 聚乙烯塑料瓶中。 (2) 向每份樣品中各加人50 mg/L 銅標(biāo)準(zhǔn)溶液50 mL。(3)將上述樣品在室溫下進(jìn)行振蕩，分別在振蕩0、 15、 30、 45、 60、 90min后，離心分離，迅速吸取上層清液10 mL 于

8、50 mL 容量瓶中，加 2 滴 0.5 mol/L的 H2SO4 溶液，用水定容后， 用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定吸光度。 以上內(nèi)容分別用 pH 為 3.5和 5.5 的 100 mg/L 的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液平行操作。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制溶液 中銅濃度對(duì)反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系曲線，以確定吸附平衡所需時(shí)間。3. 土壤對(duì)銅的吸附量的測(cè)定(1) 分別稱取 1、 2 號(hào)土壤樣品各10 份， 每份 10g， 分別置于 50mL 聚乙烯塑料瓶中。(2) 依次加入 50 ml pH 為 3.5 和 5.5、濃度為40.00、 60.00、 80.00、 100.00、120.00 mg /L銅標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，蓋上瓶塞后置于恒溫振

9、蕩器上。(3)振蕩45min后，取15 mL 土壤渾濁液于離心管中，離心10 min,吸取上 層清液 10 mL 于 50 mL 容量瓶中，加 2 滴 0.5 mol/L 的 H2SO4 溶液，用水定容 后，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定吸光度。(4)剩余土壤渾濁液用酸度計(jì)測(cè)定pH。五、數(shù)據(jù)處理1. 土壤對(duì)銅的吸附量可通過下式計(jì)算：Q = (p0 p) V/(1000W) = (p0 p 測(cè) *5) / 20式中：Q土壤對(duì)銅的吸附量，mg/g; po溶液中銅的起始濃度，mg /L； 溶液中銅的平衡濃度， mg/L; V溶液白體積，mL; W烘干 土樣重量，go由此方程可計(jì)算出不同平衡濃度下土壤對(duì)銅的

10、吸附量。(1)標(biāo)準(zhǔn)曲線組別1234567C(Cu)(mg/L)00.5124816ABS00.01480.03040.05940.11840.23370.4487作圖得:圖一(2) 土壤對(duì)銅的吸附平衡時(shí)間的測(cè)定振蕩時(shí)間min01530456090土壤1起始濃度(mg/L)50ABS0.14760.13320.11850.11120.10900.1160平衡濃度(mg/L)24.95222.46819.94418.69518.32019.516Q1 (mg/g)1.25241.37661.50281.56521.58401.5242土壤2起始濃度(mg/L)50ABS0.07260.05550.

11、03560.03230.03080.0250平衡濃度(mg/L)12.1429.2655.9365.3865.1364.172Q2 (mg/L)1.89292.03682.20322.23072.24322.2914銅平衡濃度與振蕩時(shí)間的關(guān)系圖二(1/曾)舞邂命由以上兩張圖可以得出以下結(jié)論：隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，土壤中銅的濃度在下降, 即土壤對(duì)銅的吸附量增加；2號(hào)土樣土壤中銅的濃度比1號(hào)土樣中的下降的快， 因此可以判斷，加了腐殖酸的土樣對(duì)銅的吸附能力比較強(qiáng)。(3) 土壤對(duì)銅的吸附量的測(cè)定 pH = 3.5 時(shí)：起始濃度mg/L406080100120土壤1ABS0.09070.15010.267

12、80.41240.4983C (Cu) mg/L3.04105.07709.236114.60117.941平衡濃度(mg/L)15.20525.38546.18173.00589.705Q1 (mg/L)1.23981.73081.69101.34981.5148土壤2ABS0.02210.06970.16680.26060.3545C (Cu) mg/L0.73802.33065.65678.976612.416平衡濃度(mg/L)3.69011.65328.28444.88362.020Q2 (mg/L)1.81552.41742.58582.75582.8960 pH = 5.5 時(shí):

13、起始濃度mg/L406080100120土壤1ABS0.02790.04060.19760.21090.2945C (Cu) mg/L0.93081.35426.73477.203810.204平衡濃度(mg/L)4.6546.77133.67436.01951.020Q1 (mg/L)1.76732.66142.34633.19903.4490土壤2ABS0.00840.01120.10090.15290.2864C (Cu) mg/L0.28410.37673.38775.17399.9096平衡濃度(mg/L)1.4211.88416.93825.86949.548Q2 (mg/L)1.

14、92902.90583.15313.70653.52262.建立土壤對(duì)銅的吸附等溫線以吸附量(Q)對(duì)濃度(p )作圖即可制得室溫下不同pH條件下土壤對(duì)銅的吸附 等溫線。(1) pH = 3.5 時(shí):pH=3. 5時(shí)土壤對(duì)銅的吸附等溫式20406080100銅濃度(mg/L) pH = 5.5 時(shí):pH=5.5時(shí)土壤對(duì)銅的吸附量O土壕1土壤2圖四3 .建立Freundlich方程以1g Q對(duì)1g p作圖，根據(jù)所得直線的斜率和截距可求得兩個(gè)常數(shù)K和n,由此可確定室溫時(shí)不同pH條件下不同土壤樣品對(duì)銅吸附的 Freundlich方程。1號(hào)土樣在不同pH下土壤對(duì)銅的吸附等溫線圖五由上圖可知：當(dāng)對(duì)于 1

15、號(hào)士： pH= 3.5 時(shí)：lgQ=0.0357lnp+0.1136 ,則 k=1.2990 , n =26.667 , 1號(hào)土樣在pH=3.5時(shí)的Freundlich吸附等溫式方程為：Q=1.2990p 1/26.667，該 方程式與圖三相比，正確。pH=5.5 時(shí)：lgQ = 0.1866 + 0.18241np,則 k=1.5367, n=5.4824 ,所以,1 號(hào)土樣在pH=5.5時(shí)的Freundlich吸附等溫式方程為：Q=1.5367P住4824 ,該方程 式與圖四相比，正確。2號(hào)土樣在不同pH下土壤對(duì)銅的吸附等溫線PHPH線線 :二圖六由圖可知：對(duì)于2號(hào)士：pH=3.5 時(shí)：l

16、gQ=0.1569 lnp + 0.1864,則 k=1.5360, n=6.3734, 2 號(hào)土樣在 pH=3.5 時(shí)的Freundlich吸附等溫式方程為：Q=1.5360p 1/6.3734，該方程式與圖三相比， 正確。pH=5.5 時(shí)：lgQ=0.1356lnp+0.3434,則 k=2.2050 , n=7.3746,2 號(hào)土樣在 pH=5.5時(shí)的Freundlich吸附等溫式方程為：Q=2.2050Pm3746，該方程式與圖四對(duì)比, 正確。4 .建立Langmuir方程以1/Q對(duì)1/p作圖可求出qm和k1 ,進(jìn)而確定吸附量（Q）與平行濃度p的 函數(shù)關(guān)系，分別作出lgQ - lg p

17、和1/Q - 1/ p圖，求出相關(guān)系數(shù)，判定吸附類型。1號(hào)土樣1/Q-1/p關(guān)系圖00.050. 10, 15 Q 20.251/p圖七由上圖可知，對(duì)于1號(hào)土：當(dāng) pH=3.5 時(shí)：1/Q=1.7966 1/p+0.6209 ,貝U: qm= 1.6106, k1 = 0.8965,所 以 1 號(hào)土樣在 pH=3.5 時(shí)的 Langmuir 吸附等溫式為 1/Q=1.4439p/ (1+0.8965P )。當(dāng) pH= 5.5 時(shí)：1/Q=0.9735 1/p+0.3096 ,貝U: qm= 3.2300, k1 = 3.3180, 所以 1 號(hào)土樣在 pH=5.5 angmuir 吸附等溫式為

18、，則：1/Q=10.7171p/ (1+3.3180P )2號(hào)土樣1/Q-1/p關(guān)系圖1/p80sPHPH戰(zhàn)線:二圖八由上圖可知刈于2號(hào)土：當(dāng) pH=3.5 時(shí)：1/Q=0.7599 1/P+0.3464 ,則：qm= 2.8868, k尸 3.7990,所以 2 號(hào)土樣在 pH=3.5 angmuir 吸附等溫式為：Q = 10.9670p/ (1+3.7990P)ki= 13.4471當(dāng) pH=5.5 時(shí):1/Q=0.2724 1/P+0.2730 ,則:q卡 3.6630 ,所以 2 號(hào)土樣在 pH=5.5 angmuir 吸附等溫式為：Q=49.2567p/ (1+13.4471p)5. 土壤渾濁液的pH編號(hào)1-71-111-121-162-7| 2-112-122-16pH4.634.304.624.534.173.604.334.26六、注意事項(xiàng)：(1)、因?yàn)镻E瓶為50ml,而所加溶液是50ml,所以在放液到尾部時(shí)，應(yīng) 小心，時(shí)刻注意液體的流出情況，以免液體被移液管下部的尖嘴部分倒吸；(2)、振蕩時(shí)，PE瓶橫躺放在振蕩器中，這樣振蕩更為均勻，但要時(shí)刻注 意是否有漏液現(xiàn)象。(3)、原子吸收測(cè)定之前，樣品要充分搖勻。(4)、測(cè)定原子吸收的樣品不能有細(xì)小顆粒，否則易堵塞原子吸收儀。七、思考