硅胶—聚乙烯亚胺材料对铜离子吸附性能的研究

文 榜

（新疆喀什地区伽师县第四中学 新疆喀什 844300）

一、前言

重金属污染给环境带来了严重的危害，Cu2+是一种常见的重金属离子，摄入过量的Cu元素会使人中毒。现阶段回收重金属离子的方法有很多，基于Cu2+自身的特点，本实验采用吸附法。在实际生活中，Cu2+含量低且组成也复杂，直接去测定干扰因素也多。所以本次探究是在已制备硅胶—聚乙烯亚胺吸附材料的基础上，控制pH、温度、铜离子浓度、时间等不同条件下，研究该吸附材料对Cu2+的吸附性能，以达到最佳吸附目的。原理为：有机胺硅胶复合材料因其表面负载大量的氨基，可与低浓度重金属离子螯合而显示良好的吸附性能和稳定性[1]。

二、实验部分

（一）实验仪器及试剂

1.实验仪器

上海舜宇恒平科学仪器有限公司FA224电子天平；上海蓝季科技发展有限公司75×75称量纸；合肥卓尔仪器仪表有限公司PHS-3C微型酸度计；天津市泰斯特仪器有限公司电热恒温水浴锅；金坛市岸头国瑞实验仪器厂HY-3多功能振荡器；锥形瓶、容量瓶、烧杯、滴管若干；日本岛津企业管理（中国）有限公司AA-6300C型原子火焰分光光度计。

2.实验试剂

上海广诺化学科技有限公司（CAS:7758-99-8)五水硫酸铜；国家有色金属及电子材料分析测试中心Cu单元素标准溶液（标准值：1000ug/ml),介质：c（HNO3)=1.0mol/L);国药集团化学试剂有限公司（上海）硝酸（GR)

（二）PEI-SIO2 材料对Cu2+吸附性能数据分析及处理

1.pH值与PEI-SIO2材料吸附性能的关系

配制320.1000mg/L的硫酸铜溶液，准确称取0.1000g左右的吸附剂于5个锥形瓶中，从大到小调节PH值分别为5、4、3、2、1左右，并在每个pH值段用移液管移取50.00ml到已经加入吸附剂的锥形瓶内，并将锥形瓶放在振荡器上振荡摇匀约8小时（100 r/min），测出吸附剂在不同pH条件下的吸附值。交换容量=（原样浓度-吸附后浓度）×0.05/吸附剂质量×金属原子量。

图1 pH与交换容量的关系

2.浓度与PEI-SIO2吸附性能的关系

配制50.0000、100.0000、150.0000、200.0000、250.0000、300.0000mg/L的硫酸铜溶液，称取0.1000g左右的吸附剂到6个锥形瓶里，PH值控制在4的左右，温度控制25℃，并用移液管移取50.00ml到已有吸附剂的锥形瓶中，并将锥形瓶放在振荡器上振荡摇匀约8小时（100r/min），测出吸附剂在不同浓度下的吸附值。

3.温度与PEI-SIO2吸附性能的关系

配制50.0000、100.0000、150.0000、200.0000、250.0000、300.0000mg/L的硫酸铜溶液，分三组，每组称取0.1000g左右的吸附剂，分别装入6个锥形瓶中，PH值控制在4左右，并用移液管移取50.00ml到已有吸附剂的锥形瓶内，并将锥形瓶放在振荡器上振荡摇匀约8小时（100r/min），测出吸附剂在25℃、35℃、45℃三个不同温度下的吸附值。

不同温度PEI-SIO2 吸附材料对Cu2+的平衡吸附量比较

4.时间与PEI-SIO2吸附性能的关系

pH=4.25;吸附材料：1.0030g；配制浓度：301.9008mg/L；原液实测浓度C0：

三、实验结论

（一）观察图2.1，硅胶—聚乙烯亚胺吸附材料吸附容量随着pH值的增加越来越大，且pH在4左右时，吸附容量达到最大，为0.86mmol/L，这时对Cu2+吸附性能最好。

图2 25℃时平衡吸附量曲线

（二）观察图2.2，在pH=4左右、25℃时，配制溶液浓度越大，吸附平衡浓度越大，平衡吸附量越大，在25℃时最大平衡吸附量为0.6161mmol/g,所以，平衡吸附量与溶液浓度有关。

（三）根据图3可知，在不同的温度下，平衡吸附量也不同，相同浓度下，加入吸附剂质量基本相同，pH=4左右时，PEI-SIO2吸附材料对Cu2+的平衡吸附量随着温度的升高而增加，证明升高温度有利于吸附，该过程为吸热过程，Qe随着Ce的增大而增大，在不同的三个温度下，该吸附材料对Cu2+的最大吸附量为0.9278mmol/g。

图3 不同温度下的平衡吸附量曲线

（四）图4、5可知，在温度为25℃、PH=4.25时，该吸附材料对Cu2+的吸附性能随时间的增加而增强，表现出一定的线性规律，在25℃时，PEI-SIO2的最大饱和吸附量为0.6166mmol/g。

图4 25℃时不同时间下的平衡吸附量

图5 吸附后平衡浓度随时间的变化