改性膨润土对铜离子的吸附研究

邯郸学院本科毕业论文题 目 改性膨润土对废水中铜离子的吸附及研究学 生 梁鹏指导教师 游富英 副教授年 级 2009 级 专 业 化 学系 部 化学系邯郸学院化学系2013 年 5 月郑重声明本人的毕业论文是在指导教师游富英老师的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。毕业论文作者（签名）：年 月 日I摘 要 本文首先分别利用十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸 钠的有机改性剂对膨润土进行改性，然后在相同条件下分别用改性后的膨润土对模拟的铜离子废水进行吸附，用 721 可见分光光度计测其吸光度并计算去除率，结果显示经十八烷基三甲基氯化铵处理过的改性膨润土对铜离子的吸附效果最好，其他依次是十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二 烷基磺酸钠。接着用十八烷基三甲基氯化 铵改性膨润土采用单一变量法来探索对铜离子吸附的最佳条件，结果显示改性膨润土吸附模拟废水中的铜离子的最佳实验条件为：pH 值为 7，温度为 35 摄氏度，初始离子浓度为8.064ug/ml，吸附剂用量为 10g/L，吸附 时间为 60min，在此条件下改性膨润土对铜离子的吸附率达到 93.04%。最后又讨论了铜离子吸附的热力学和动力学。关键词 改性膨润土 铜离子 吸光度 不同条件IIBentonite copper ions from wastewaterAdsorption and ResearchLiang Jia Driected by Prof. You Fu-yingAbstract Firstly, respectively, using the octadecyl trimethyl ammonium chloride, sodium dodecyl sulfate, sodium dodecyl benzene sulfonate, sodium dodecyl sulfate organic modifier on bentonite modified, then under the same conditions were used for the simulation of the modified bentonite adsorption copper ions from wastewater, measured with a spectrophotometer absorbance 721 and removal calculation results show that after octadecyl trimethyl ammonium chloride and treated modified bentonite best adsorption of copper ions, followed by sodium dodecyl sulfate is sodium dodecyl benzene sulfonate, sodium dodecyl sulfate. Then with octadecyl trimethyl ammonium chloride modified bentonite single variable method to explore for copper ion adsorption optimal conditions, the results show the modified bentonite adsorption of copper ions simulated wastewater optimal experimental conditions: pH value of 7 and a temperature of 35 degrees Celsius, the initial ion concentration 8ug/ml, adsorbent dosage of 10g / L, adsorption time was 60min, in this condition the copper modified bentonite adsorption rate 93.04%. And finally discuss the copper ion adsorption thermodynamics and kinetics.Key words modified bentonite copper ions absorbance different conditionsII目 录摘 要 -I外文页 -II1 引言 -11.1 膨润土及改性膨润土的介绍 -11.2 改性膨润土吸附的相关研究 -11.3 本文的研究目的及内容 -12 实验部分 -22.1 主要试剂及仪器 -22.2 实验步骤 -22.2.1. 实验准备 -22.2.2 改性剂的选择 -42.2.3 不同条件下改性土对铜离子的吸附影响 -42.2.4 最佳条件下对铜离子的吸附 -93 结果与讨论 -103.1 改性膨润土吸附铜离子的最佳条件 -103.2 铜离子吸附的热力学研究 -103.3 铜离子吸附的动力学研究 -113.4 改性膨润土处理废水中重金属离子的方法的展望 -12参考文献 -12致 谢 -141改性膨润土对废水中铜离子的吸附及研究1 引言重金属例如锌、铜等是生活中经常能够看到的，而且重金属是人体健康不可或缺的微量元素, 但是物极必反，超量就会造成严重的后果。目前由于潜在危险物及含重金属的原料在环境中不断的增加, 重金属污染引起了人们广泛的关注。尤其是在化工、电镀和固体垃圾填埋场的废液中。众所周知，水是生命之源，我们谁也离不开水，所以废水中的重金属离子浓度应该减小到最低来避免因此对人类健康产生不良影响。目前处理重金属离子废水的方法通常采用硫化法、化学法、电解法等, 但是以上方法都会产生化学污染以及重金属污染。从而造成二次污染 1。吸附法由于其方法简便、无污染逐渐成为研究热门领域，在我国膨润土储量丰富，价格便宜，稳定性高 2是吸附法处理废水中重金属离子的常用吸附剂之一。1.1 膨润土及改性膨润土的介绍膨润土是一种粘土矿 3。N.Karapinar等研究了膨润土对Cu 和Cd 的吸附行为，实验结果证明天然膨润土可以用来做对废水中金属离子的吸附 4 。但是天然膨润土也有他的局限性，比如在对疏水性离子的吸附，因为其表面上有一层水膜，限制了在处理废水上的应用5 ，所以人们在实际的吸附操作中都先将其改性。从而使膨润土的改性在处理废水领域中成为热点 6。膨润土的改性有多种方法，微波强化改性 7、有机改性 8、无机改性及有机或无机的复合改性 9-12等，综合实验室条件及其他原因，本实验决定采用有机改性。1.2 改性膨润土吸附的相关研究经查阅文献，邓书平曾用有机改性膨润土处理以锌离子为主要污染物的方法得出对锌离子的去除率可达98%。时间是40分钟，温度为20 13。李亚焕等人曾用改性膨润土处理低浓度的甲醛废水溶液，去除率可达 4512 14王彦等曾用有机改性膨润土处理以锌离子为主要污染物的的实验证实该方法是可行的 15。樊丽萍等 16通过十六烷基三甲铵 (CTMAB)和双阳离子改性膨润土处理废水中PAM，结果表明：质量分数为7%的单阳离子改性膨润土对PAM的去除率达到90%以上。李瑜等以季铵盐为改性剂, 对凹凸棒土进行改性反应, 并用于处理含油废水 17。结果表明, 改性剂十六烷基三甲基溴化铵用量 6% 、改性温度 80摄氏度，改性时间 90 min 时, 改性凹凸棒土除油及废物效果最佳, COD 去除率可达 98. 40%。研究还发现季铵盐表面活性剂相对分子量越大, 有机改性凹凸棒土的除油能力越强。由文献可知有机改性膨润土对铜离子的吸附过程是放热反应。1.3 本文的研究目的及内容研究目的：通过实验，掌握有机改性膨润土合成方法，进而确定对铜离子的最佳吸附条件。2研究内容：在本课题中，将用十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基氯化铵分别对天然膨润土进行改性，然后将改性后膨润土及天然膨润土分别对铜离子进行吸附确定最佳吸附剂，进而研究改性膨润土在对铜离子吸附过程中温度、pH值、吸附剂用量等对实验结果的影响，从而确定最佳吸附条件。进一步讨论有机改性膨润土对铜离子的吸附动力学和吸附热力学等相关信息。2 实验部分2.1 主要试剂及仪器实验仪器： 100 mL小烧杯；1000ml容量瓶；250ml容量瓶；1000ml试剂瓶；抽虑装置；铁架台；滤纸；表面皿；蒸发皿； 50 mL和10 mL量筒；玻璃棒；布氏漏斗； pH酸度计；FA2004N型电子天平（上海精密科学仪器有限公司） ；HW-10型远红外线干燥箱（北京兴争仪器设备厂） ；恒温震荡器。检测仪器： 721分光光度计（上海分析仪器总厂） ；石英比色皿（2mm，上海分析仪器总厂） ；实验所用试剂:膨润土原矿采自邯郸某地, 样品经粉碎过筛获得小于100目的颗粒。十二烷基磺酸钠（分析纯） 、十二烷基苯磺酸钠（分析纯） 、十二烷基硫酸钠（分析纯） 、十八烷基三甲基溴化铵（分析纯） 、二乙氨基二硫代甲酸钠（分析纯） 、五水硫酸铜（分析纯） 、四氯化碳（分析纯） 、氯化铵（分析纯） 、氨水（分析纯） 。2.2 实验步骤2.2.1. 实验准备1、制备改性膨润土 阴离子改性膨润土：分别称取20g天然膨润土放入编号为3个250ml的锥形瓶中，分别加入100ml蒸馏水，再分别加入5g十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠，在恒温水浴中振荡2h，温度设定为50，然后静置，洗涤，烘干，于105下活化2h，研磨过100目筛。阳离子改性膨润土：在250ml锥形瓶中加入适量50的蒸馏水，放入30g天然膨润土，振荡使其分散，迅速加入150ml质量分数为5%的十八烷基三甲基氯化铵，恒温水浴中继续振荡10min，静置24h，抽滤，洗涤两遍后于80下烘干，研磨，过100目筛。2、溶液的配制配制硫酸铜标准溶液 称取0.0393g五水硫酸铜，溶于水，完全溶解后，用玻璃棒把溶液转移到容量瓶中，加蒸馏水，定容，摇匀，得10.0210ug/mL标准溶液。配制缓冲溶液 称取54g氯化铵溶于350mL氯水中，用玻璃棒把溶液转移到1000mL容量瓶中，加蒸馏水，定容，摇匀，用酸度计测得缓冲溶液pH值为10.22。配制质量分数为0.3%的铜试剂 称取0.3004g铜试剂，溶解于烧杯中，用玻璃棒转移溶液到100mL容量瓶中，加蒸馏水，定容，摇匀。3、铜离子标准曲线的绘制( 1) 取5个25mL容量瓶, 用2mL移液管分别取0. 00、0.50、1.00、1.50、2.00mL硫酸铜3标准溶液加入到容量瓶中;( 2) 分别加入5mLpH=10的缓冲溶液, 摇匀;( 3) 分别加入5mL 质量分数为0.3%的铜试剂溶液, 摇匀, 静置5min, 溶液为黄棕色;( 4) 分别加入5mL四氯化碳, 用力振荡2min以上, 分层, 上层无色, 下层黄棕色;( 5) 加水至25mL;( 6) 堵住移液管口, 伸入比色管底部, 吸取2mL左右有机相溶液, 移至比色皿中, 待测定( 比色皿中的液体不能存有气泡) 。在435nm处读取吸光度。浓度与吸光度值见表1，铜离子标准曲线见图1表 1 铜离子标准溶液的吸光度C(mg/L) 0.0000 0.2004 0.4008 0.6013 0.8017A 0.000 0.185 0.372 0.547 0.7290. 0.20.40.60.8-0.10.0.10.20.30.40.50.60.70.8Ac/(ugml-1)图 1 铜离子的标准曲线线性方程为 C=0.0329+0.778A,相关系数 R=0.99413。4、模拟废水的配制 实际称取五水硫酸铜质量为0.03146g，将其溶于大约1000mL蒸馏水中。容量瓶中定容，得8.0112ug/mL。同时取模拟废水2ml按铜离子标准曲线的绘制中的测吸光度的方法测稀释后的模拟废水的吸光度A O=0.7919。2.2.2 改性剂的选择分别准确称取0.2g的十八烷基三甲基氯化铵改性土、十二烷基苯磺酸钠改性膨润土、十二烷基磺酸钠改性后的膨润土、十二烷基硫酸钠改性后的膨润土置于4个100ml的锥形瓶中，4分别向锥形瓶中加入20ml的铜离子模拟废水,用橡胶塞塞住瓶口放置于恒温振荡器中，将恒温振荡器的转速调为100r/mim，温度设为35的条件下振荡60min后，离心分离取上层清液测其吸光度（如表2所示）：铜离子去除率计算公式：q=(C0-C) / C0 100%=(A0- A) / A0 100%, (1)式(1)中：C 0 为吸附前铜离子浓度，C为吸附后铜离子的浓度，A 0为吸附前铜离子的吸光度，A为吸附后铜离子的吸光度。表 2 不同改性膨润土吸附铜离子的吸光度改性膨润土种类 吸光度 A 去除率 q/%十二烷基苯磺酸钠 0.135 82.95十二烷基磺酸钠 0.221 72.09十二烷基硫酸钠 0.098 87.62十八烷基三甲基氯化铵 0.091 88.51由表2可知，在相同的条件下，经过十八烷基三甲基氯化铵改性膨润土处理过的铜离子吸光度较小，即吸附效果最好。故本实验采用阳离子改性剂十八烷基三甲基氯化铵作为膨润土的改性剂。2.2.3 不同条件下改性土对铜离子的吸附影响2.2.3.1 不同 pH 值的影响分别称取4份分别为0.2003g、0.2007g、0.2005g、0.2008g的十八烷基三甲基氯化铵改性后的膨润土于4个100ml的锥形瓶中，分别向锥形瓶中加入20ml的铜离子模拟废水，将PH分别调到3、5、7、9、11，用橡胶塞塞住瓶口放于恒温振荡器中，将恒温振荡器的转速调为100r/mim，温度设为35的条件下振荡60min后，离心分离取上层清液测其吸光度，计算去除率，去除率q与pH值的数据如表3，去除率随PH的变化如图2表 3 pH 对铜离子吸光度和去除率影响pH 吸光度 A 去除率 q/%3 0.359 51.755 0.225 67.197 0.091 86.599 0.101 85.5711 0.109 83.7552 4 6 8 101250560657075808590铜离子去除率 pH值图 2 溶液 pH 值对铜离子去除率的影响由图2可以看出溶液的pH值对铜离子去除率的影响是比较大的，随溶液 pH 值的升高, 改性膨润土对Cu