腐植酸树脂/二氧化硅复合材料对重金属Pb2+的吸附研究

孔德星（甘肃政法学院甘肃兰州 730070）

引言

本研究通过将腐植酸和硅酸盐酸化共沉淀的方法得到了腐植酸树脂/Si O2复合材料，对水溶液中Pb2+的吸附进行了探讨。

一、实验

1.实验仪器与试剂

WFX-310原子吸光分光光度计（北京瑞利分析仪器厂；T H Z-C型台式恒温振荡器（江苏太仓实验设备厂）；LXJ-64-01电动高速离心机（北京医疗仪器修理厂）；PB-10酸度计（德国Sa r t o r i u s公司）；腐殖酸(H u mi c a c i d)化学纯（天津市津科精细化工研究所）；硅酸钠（Na2Si O3·9 H2O）分析纯（天津市北方天医化学试剂厂）；实验用水为一次蒸馏水；所用其他化学试剂均为分析纯。

2.实验方法

（1）材料的制备

取一定量腐植酸和硅酸钠（质量比为1：1.5）溶于蒸馏中，混合均匀，加热至70℃，在磁力搅拌器的剧烈搅拌下以5mL/mi n的速度滴加2.0 mo l/L的稀盐酸至p H=7,待沉淀析出后，向其中加入1mo l/LC a C l2溶液（C a2+/腐植酸质量比为1:1）作为凝聚剂，继续剧烈搅拌20 mi n，过滤，洗涤后，90℃烘干至恒重，得到黑色块状样品，研磨过80目筛后备用。

（2）吸附实验

准确移取不同含量的待测Pb 2+溶液到25mL容量瓶中，然后加入2.5mL1mo l/L的Na NO3溶液作为背景电解质溶液以调整溶液的离子强度，用水稀释至刻度。轻轻摇匀后全部倒入装有0.2 g腐植酸树脂/Si O2复合材料的塑料离心管中，先在室温（25±1）℃下静置片刻，然后振荡12 h,最后离心分离。离心的上清液用0.45m的微孔滤膜过滤。滤液接着用原子吸收分光光度计测定Pb2+浓度，其中用系列不同浓度的Pb2+做标准曲线，然后用差减法计算复合材料对Pb2+的吸附量。

同时在本实验中保持其他实验条件不变，改变恒温振荡的时间，来考查不同振荡时间对腐植酸树脂/Si O2复合材料吸附Pb2+能力的影响。设定温度分别是(25±1)℃，(45±1)℃，(65±1)℃。。

二、实验结果和讨论

1.温度的影响

在0.1M的Na NO3溶液中，腐植酸树脂/Si O2复合材料分别

在25℃、45℃、65℃下吸附Pb 2+的结果见图1。

图1 腐植酸树脂/SiO2复合材料对Pb2+的等温吸附曲线

由图1可见，随着温度的升高，腐植酸树脂/Si O2复合材料对Pb2+离子的吸附能力随之增加，可以说明腐植酸树脂/Si O2复合材料对Pb2+的吸附是吸热反应。吸附能力随温度升高而增大，在温度较高时，Pb2+的扩散速度和离子的活度均相应提高，Pb2+离子可以与复合材料的表面结构中有更强的相互作用，增加了进入复合材料内部结构的可能性。

2.吸附等温模型

基于3种温度条件下，分别用Li n e a r，Fr e n d l i c h和La n g mu i r方程拟合不同质量浓度的Pb2+在腐植酸树脂/Si O2复合材料上的吸附等温线（表1）。在表1中，C s代表复合材料对Pb2+的吸附量，mg/g；C e代表溶液中Pb2+的平衡质量浓度，mg/L；q ma x代表饱和吸附量，a、k、n系与复合材料性质有关的常数。

表1 Pb2+在腐植酸树脂/SiO2复合材料中的吸附等温模型

从表1可以看出，在3种温度条件下，Pb2+在腐植酸树脂/二氧化硅复合材料中的吸附用Linear方程拟合效果最佳，因此采用Li n e a r方程来拟合吸附实验数据，并且用Clausius-Claperyon's方程计算出Pb2+的吸附反应的焓变值ΔH分别为7.572 J/mo l[15-16]。该值远远低于一般的化学吸附焓变值42 k J/mo l的，因此我们得出结论，腐植酸树脂/二氧化硅复合材料吸附Pb2+以物理吸附为主。

3.吸附时间的影响

通过我们对吸附时间与吸附量关系的实验表明，吸附时间对吸附量有显著的影响（图2）。从图中可以看出在吸附反应初期，腐植酸树脂/二氧化硅复合材料对Pb2+的吸附率随吸附时间的增加而迅速升高，因为Pb 2+的吸附主要发生在复合材料的分子表面和孔内表面；而在吸附后期，吸附受扩散控制吸附速率减缓，主要是因为吸附主要发生在深孔内界面。如图所示，吸附进行2 h以后，吸附作用基本达到平衡，吸附时间对吸附效果的影响不再明显。因此，我们得出结论，最佳的吸附时间应控制在2 h。

图2 吸附时间对腐植酸树脂/二氧化硅复合材料对Pb2+的吸附率的影响

4.腐植酸树脂/SiO2复合材料吸附Pb2+能力在重金属离子污水环境的应用

研究表明大部分含重金属离子污水的p H值在3.0～7.0范围内，因此，初始的600 mg/L的Pb2+p H值被调节为微酸性，然后去考查不同温度25℃、45℃和65℃对吸附能力的研究。吸附时间控制在2 h，实验结果表明吸附率分别为96.82%、99.17%和99.18%。从吸附率可以看出，腐植酸树脂/二氧化硅复合材料对重金属离子的吸附效果明显，吸附能力迅速，并且价格低廉，因此，适合广泛地用于水处理工艺中去除水中的重金属离子。

结论

1.腐植酸树脂/二氧化硅复合材料对Pb2+具有很强的吸附作用，在25℃、45℃和65℃吸附率分别高达96.82%、99.17%和99.18%。；

2.Liear方程可以有效的拟合吸附等温线，并且表明吸附量随温度升高而增加，证明了该吸附属于吸热反应；

3.腐植酸树脂/二氧化硅复合材料对Pb2+吸附热为7.572 J/mo l、，吸附以物理吸附为主；

4.腐植酸树脂/二氧化硅复合材料在水处理的p H范围内（微酸性条件）对Pb2+的吸附具有很强的并且稳定的吸附率，因此可以广泛用于去除污水中的Pb2+。

[1]陈怀满,郑春荣，中国土壤重金属污染现状及防治对策,人类环境杂志，1999，28（2）：130～134.

[2]罗道成,刘俊峰.腐殖酸树脂处理含Pb2+、Cu2+、Ni2+废水的研究[J].环境污染治理技术与设备,2005,6(10):73～76.

[3]马明广，周敏，蒋煜峰，吴应琴，张媛，陈慧.不溶性腐植酸对重金属离子的吸附研究[J].安全与环境学报，2006,6(3)：68-71.

[4]尚宇，刘海弟，陈运法.腐植酸树脂/二氧化硅复合材料制备及其对重金属离子的吸附性能[J].过程工程学报，2008,8(3)：576-582.