料姜石吸附水中Cu、Pb的初步研究

刘俊娓 马文杰 王慧娟*

（甘肃省疾病预防控制中心 兰州 730020）

1 前言

我国对姜石的应用，至少有二千多年的历史，主要作为矿物药。集历代药典大成的李时珍所著《本草纲目》称：“生土间，状如姜。有五种，以色白而烂不碜者良”。“性咸，寒，无毒。主治疔疮、肿胀、水肿”等等。也有人用来泡水或沏茶，长期饮用可预防大骨节等地方病，健康益寿的功效与其所含对人体有益的微量元素有关[1]。在民间也有将料姜石放入井和储水器中用以处理水质。本文通过对料姜石的成分及对重金属铅和铜的吸附性的分析，旨在为制备天然、低成本的新型净水剂提供技术参考。

2 材料与方法

2.1 试验材料：料姜石（产自甘肃陇东地区）

2.2 仪器：AQ4000水质分析仪、PDV6000重金属分析仪、分析天平、恒温水浴锅等

2.3 试剂：Pb标准储备溶液（ρ=1mg/mL）、Cu标准储备溶液（ρ=1mg/mL）（由国家标准物质研究中心提供），硝酸（分析纯）。

2.4 试验方法[3][4][5]

2.4.1 料姜石的粒度对吸附效率的影响

将料姜石粉碎后，分别过20目、40目、60目、80目、100目的筛子后，取2g于25℃下分别加入Cu、Pb离子浓度为3mg/L、1mg/L的500mL溶液中，吸附两小时后测定溶液中Cu、Pb离子浓度的变化，并计算吸附率。

2.4.2 吸附时间对吸附效率的影响

取过20目筛后料姜石2g，于25℃下分别加入Cu、Pb离子浓度为3mg/L、1mg/L的500mL溶液中，每隔两小时测定一次Cu、Pb离子浓度的变化，并计算吸附率。

2.4.3 温度对吸附率的影响

取过20目筛后料姜石2g，加入Cu、Pb离子浓度为3mg/L、1mg/L的500mL溶液中，在25℃、30℃、40℃、50℃、60℃条件下吸附两小时后测定Cu、Pb浓度的变化，并计算吸附率。

2.4.4 料姜石的用量对吸附率的影响

分别取过20目筛后料姜石1g、1.5g、2g、2.5g、3g，于25℃下分别加入Cu、Pb离子浓度为3mg/L、1mg/L的500mL溶液中，每隔两小时测定一次Cu、Pb浓度的变化，并计算吸附率。

2.4.5 金属离子浓度对吸附率的影响

取过20目筛后的料姜石2g，于25℃下加入Cu离子浓度分别为1、2、3、4、5mg/L ，Pb离子浓度为0.1、0.5、1、2、3mg/L的500mL重金属离子溶液中，每隔两小时测定一次重金属离子浓度的变化，并计算吸附率。

2.4.6 吸附率的计算

Q=(D-C)/D

式中：Q为吸附率，%；D为相同参数下不加料姜石的对照溶液中Cu、Pb离子的浓度，mg／L；C为加入料姜石吸附后溶液中金属离子的浓度，mg/L。

3 结果与分析

3.1 料姜石的成分分析[2]

从料姜石成分分析可知，料姜石的主要组分为石英、碳酸钙和Al2O3，富含多种微量元素，部分为人体需缺的有用微量元素。这一成分组成表明高岭石和伊利石等粘土矿物在料姜石的矿物组成中的数量比较高，它们的种类、数量比决定着料姜石的可溶出成分、吸附性及离子交换性(即微量元素成分特征)，为利用料姜石开发新的净水剂提供了依据。

3.2 不同料姜石粒径对吸附效果的影响

从图1和2中可以看出，随着料姜石粒径的减小，吸附率逐渐增大，而且吸附效果十分明显，这一现象的原因可能是相同单位质量的样品由于减小了粒径而增大了吸附的比表面积，同时，通过级级筛分改变了其中高岭石和伊利石等粘土矿物的数量比，从而提高了吸附率。但从感官评价，粒径越小水的浑浊度越高，需澄清的时间越长，因此，对料姜石的开发利用要对其合适的粒径进行选择。

3.3 不同温度对吸附效果的影响

从图3可以看出，料姜石对水中Cu的吸附效果随着温度的升高而提高，当温度达到50℃后吸附效果变化不再明显，造成这种现象的原因可能是温度的升高加快了离子的运动从而加快了吸附和离子交换的速率使吸附效果发生了变化；从图4可以看出，料姜石对水中Pb的吸附效果随温度的升高而降低，这与Cu正好相反，造成这一现象的原因还有待进一步分析。

3.4 不同料姜石用量对吸附效果的影响

从图5和6可以看出，料姜石对水中Cu、Pb的吸附效果都随料姜石的用量的增加而逐渐提高，在用量达到2g后，对Cu的吸附效果的提高逐渐变缓，对Pb的吸附基本达到饱和，再增加用量吸附效果基本不再改变。

3.5 不同吸附时间对吸附效果的影响

从图7和8可以看出，时间对料姜石吸附水中的Cu不显著，随着时间的延长吸附率变化缓慢；而时间对料姜石吸附水中的Pb效果显著，随着时间的延长，吸附率呈直线型上升的趋势。

3.6 不同Cu、Pb浓度对吸附效果的影响

从图9和10可以看出，料姜石对不同浓度Cu、Pb的金属离子溶液的吸附效果有所不同，Cu在较低浓度时吸附效果变化明显，高浓度时变化趋同；而Pb在低浓度时变化不明显，高浓度时表现出较佳的吸附效果。

4 结论

料姜石对水中Cu、Pb的吸附作用与它的矿物构成有关。从料姜石的物化性能分析我们可以，组成这些物质的化学成分在料姜石中有着较高的比例，从而推断出这几类矿物在料姜石中的数量比较高，因此成就了料姜石的这一吸附特性。试验中发现，目数越大吸附效果越好但水质越浑浊，感官效果较差；适量的粒径条件下用量的增加对水质的感官也存在一定程度的影响；较高的温度和时间影响效率和实际应用，因此要选择合理的条件才能提高利用率和推广的可能性。通过实验数据分析后我们建议的料姜石吸附水中Cu的较佳吸附条件为粒径40-80目、温度50℃、用量为2g、吸附时间2小时、金属离子浓度为1mg/L;对水中Pb的较佳吸附条件为粒径40-80目、温度为常温20℃左右、用量2g、吸附时间6小时、金属离子浓缩为0.1mg/L。料姜石对水中部分重金属确实有良好的吸附效果，为制备天然、低成本的新型净水剂材料提供了新的参考。

[1]余友芩等.《全国中草药名鉴》[M].人民卫生出版社,1996.

[2]易发成,杨 剑等.膨润土物化性能及其开发利用[J].中国矿业.2005,14(2):35-37.

[3]徐传云等.天然丝光沸石脱除生活污水中NH3-N研究[J].非金属矿.2004,27(6):47-49.

[4]杨明平,傅勇坚.用有机膨润土吸附处理含铬(VI)废水的研究[J].材料保护,2006,39(2):67-70.

[5]马小隆，刘晓明，宋吉勇.钙基膨润土的改性方法及对Pb 吸附性能的研究[J].有色矿冶.2005,21(4):44-47.