土壤对铜的吸附.doc

环境化学土壤对铜的吸附2013年11月实验十七 土壤对铜的吸附土壤中重金属污染主要来自于工业废水、农药、污泥和大气沉降等。过量的重金属可引起植物的生理功能紊乱、营养失调。由于重金属不能被土壤中的微生物所降解，由此可在土壤中不断积累，也可为植物所富集并通过食物链危害人体健康。重金属在土壤中的迁移转化主要包括吸附作用、配合作用、沉淀溶解作用和氧化还原作用。其中又以吸附作用最为重要。铜是植物生长所必不可少的微量营养元素，但含量过多也会使植物中毒。土壤的铜污染主要是来自铜矿开采和冶炼过程。进入到土壤中的铜会被土壤中的粘土矿物微粒和有机质吸附，其吸附能力的大小将影响铜在土壤中的迁移转化。因此，研究土壤对铜的吸附作用及其影响因素具有非常重要的意义。1、 实验目的1、 了解影响土壤对铜吸附作用的有关因素。2、 学会建立吸附等温式的方法。二、实验原理不同土壤对铜的吸附能力不同，同一种土壤在不同条件下对铜的吸附能力也有很大差别。而对吸附影响比较大的两种因素是土壤的组成和pH。为此，本实验通过向土壤中添加一定数量的腐殖质和调节待吸附铜溶液的pH，分别测定上述两种因素对土壤吸附铜的影响。土壤对铜的吸附可采用Freundlich吸附等温式来描述。即： Q = K1/n式中：Q土壤对铜的吸附量，mg/g； 吸附达平衡时溶液中铜的浓度，mg/L； K，n经验常数，其数值与离子种类、吸附剂性质及温度等有关。将Freundlich吸附等温式两边取对数，可得： lgQ = lgK + 1/n lg以lgQ 对lg作图可求得常数K和n，将K、n代入Freundlich吸附等温式，便可确定该条件下的Freundlich吸附等温式方程，由此可确定吸附量（Q）和平衡浓度（）之间的函数关系。（2） 采用Langmuir吸附等温式描述，即： Q = qmk1/（1+k1）1/Q = 1/qmk1+ 1/qm 以1/Q 对1/作图可求出qm和k1 ，进而确定吸附量（Q）与平行浓度的函数关系，分别作出lgQ - lg和1/Q - 1/图，求出相关系数，判定吸附类型。3、 仪器和试剂1、仪器（1）原子吸收分光光度计（2）恒温振荡器（3）离心机（4）酸度计（5）复合电极（6）容量瓶：50mL，250mL，500mL（7）聚乙烯塑料瓶：50mL2、试剂（1）二氯化钙溶液（0.01mol/L）：称取1.5g CaCl22H2O溶于1L水中。（2）铜标准溶液（1000mg/L）：将0.5000g金属铜（99.9%）溶解于30mLl:1HNO3中，用水定容至500mL。(3)50mg/L铜标准溶液：吸取25mL1000mg/L铜标准溶液于500mL容量瓶中，加水定至刻度。(4)硫酸溶液：0.5mol/L。(5)氢氧化钠溶液：1mol/L。(6) 铜标准系列溶液（pH=2.5）：分别吸取10.00、15.00、20.00、25.00、30.00mL的铜标准溶液于250mL烧杯中，加0.01mol/LCaCl2溶液，稀释至240mL，先用0.5mol/LH2SO4调节pH2，再以1mol/LNaOH溶液调节pH2.5，将此溶液移入250mL容量瓶中，用0.01mol/LCaCl2溶液定容。该标准系列溶液浓度为40.00、60.00、80.00、100.00、120.00mg/L。按同样方法，配制pH=5.5的铜标准系列溶液。 (7)腐殖酸（生化试剂）。(8)1号土壤样品：将新采集的土壤样品经过风干、磨碎，过0.15mm(100目）筛后装瓶备用。(9)2号土壤样品：取1号土壤样品300g，加人腐殖酸30g，磨碎，过0.15mm（100目）筛后装瓶备用。四、实验步骤1.标准曲线的绘制吸取50mg/L的铜标准溶液0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL分别置于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/L的H2SO4，用水定容，其浓度分别为0、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mg/L。然后在原子吸收分光光度计上测定吸光度。根据吸光度与浓度的关系绘制标准曲线。原子吸收测定条件：波长：325.0nm；灯电流1mA；光谱通带：20；增益粗调：0；燃气：乙炔；助燃气：空气；火焰类型：氧化型。2.土壤对铜的吸附平衡时间的测定(1)分别称取1、2号土壤样品各6份，每份10g于50mL聚乙烯塑料瓶中。(2)向每份样品中各加人50mg/L铜标准溶液50mL。(3）将上述样品在室温下进行振荡，分别在振荡0、15、30、45、60、90min后，离心分离，迅速吸取上层清液10mL于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/L的H2SO4溶液，用水定容后，用原子吸收分光光度计测定吸光度。以上内容分别用pH为3.5和5.5的100mg/L的铜标准溶液平行操作。根据实验数据绘制溶液中铜浓度对反应时间的关系曲线，以确定吸附平衡所需时间。3.土壤对铜的吸附量的测定(1)分别称取1、2号土壤样品各10份，每份10g，分别置于50mL聚乙烯塑料瓶中。(2)依次加入50mlpH为3.5和5.5、浓度为40.00、60.00、80.00、100.00、120.00mg/L铜标准系列溶液，盖上瓶塞后置于恒温振荡器上。(3)振荡45min后，取15mL土壤浑浊液于离心管中，离心10min，吸取上层清液10mL于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/L的H2SO4溶液，用水定容后，用原子吸收分光光度计测定吸光度。(4)剩余土壤浑浊液用酸度计测定pH。五、数据处理1.土壤对铜的吸附量可通过下式计算：Q=（0 - ）V/(1000W) = （0 - 测*5）/ 20式中：Q土壤对铜的吸附量，mg/g；0溶液中铜的起始浓度，mg/L；溶液中铜的平衡浓度，mg/L；V溶液的体积，mL；W烘干土样重量，g。由此方程可计算出不同平衡浓度下土壤对铜的吸附量。（1）标准曲线组别1234567C(Cu)（mg/L）00.5124816ABS00.01480.03040.05940.11840.23370.4487作图得：图一 （2）土壤对铜的吸附平衡时间的测定振荡时间min01530456090土壤1起始浓度（mg/L）50ABS0.14760.13320.11850.11120.10900.1160平衡浓度（mg/L）24.95222.46819.94418.69518.32019.516Q1（mg/g）1.25241.37661.50281.56521.58401.5242土壤2起始浓度（mg/L)50ABS0.07260.05550.03560.03230.03080.0250平衡浓度（mg/L）12.1429.2655.9365.3865.1364.172Q2（mg/L）1.89292.03682.20322.23072.24322.2914图二由以上两张图可以得出以下结论：随着反应时间的增加，土壤中铜的浓度在下降，即土壤对铜的吸附量增加；2号土样土壤中铜的浓度比1号土样中的下降的快，因此可以判断，加了腐殖酸的土样对铜的吸附能力比较强。（3） 土壤对铜的吸附量的测定pH = 3.5时：起始浓度mg/L406080100120土壤1ABS0.09070.15010.26780.41240.4983C（Cu）mg/L3.04105.07709.236114.60117.941平衡浓度（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平衡浓度（mg/L）3.69011.65328.28444.88362.020Q2（mg/L）1.81552.41742.58582.75582.8960pH = 5.5时：起始浓度mg/L406080100120土壤1ABS0.02790.04060.19760.21090.2945C（Cu）mg/L0.93081.35426.73477.203810.204平衡浓度（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平衡浓度（mg/L）1.4211.88416.93825.86949.548Q2（mg/L）1.92902.90583.15313.70653.52262.建立土壤对铜的吸附等温线以吸附量(Q)对浓度()作图即可制得室温下不同pH条件下土壤对铜的吸附等温线。（1）pH = 3.5时：图三pH = 5.5时：图四3.建立Freundlich方程以1gQ对1g作图，根据所得直线的斜率和截距可求得两个常数K和n，由此可确定室温时不同pH条件下不同土壤样品对铜吸附的Freundlich方程。图五由上图可知：当对于1号土：pH = 3.5时： lgQ=0.0357lnp+0.1136，则k=1.2990，n =26.667，1号土样在pH=3.5时的Freundlich吸附等温式方程为：Q=1.2990p1/26.667 ，该方程式与图三相比，正确。pH=5.5时：lgQ = 0.1866 + 0.1824lnp，则k=1.5367，n=5.4824，所以，1号土样在pH=5.5时的Freundlich吸附等温式方程为：Q=1.5367p1/5.4824 ，该方程式与图四相比，正确。图六由图可知：对于2号土：pH=3.5时：lgQ=0.1569 lnp + 0.1864，则k=1.5360，n=6.3734，2号土样在pH=3.5时的Freundlich吸附等温式方程为：Q=1.5360p1/6.3734 ，该方程式与图三相比，正确。pH=5.5时：lgQ=0.1356lnp+0.3434,则k=2.2050，n=7.3746，2号土样在pH=5.5时的Freundlich吸附等温式方程为：Q=2.2050p1/7.3746 ，该方程式与图四对比，正确。4.建立Langmuir方程以1/Q 对1/作图可求出qm和k1 ，进而确定吸附量（Q）与平行浓度的函数关系，分别作出lgQ - lg和1/Q - 1/图，求出相关系数，判定吸附类型。图七由上图可知，对于1号土：当pH=3.5时：1/Q=1.79661/p+0.6209 ，则：qm= 1.6106，k1 = 0.8965，所以1号土样在pH=3.5时的Langmuir吸附等温式为1/Q=1.4439p/（1+0.8965p）。当pH= 5.5时：1/Q=0.97351/p+0.3096，则：qm= 3.2300，k1 = 3.3180，所以1号土样在pH=5.5 angmuir吸附等温式为，则：1/Q=10.7171p/（1+3.3180p）图八由上图可知,对于2号土：当pH=3.5时：1/Q=0.75991/P+0.3464，则：qm= 2.8868，k1= 3.7990，所以2号土样在pH=3.5 angmuir吸附等温式为：Q = 10.9670p/（1+3.7990p）。当pH=5.5时：1/Q=0.27241/P+0.2730，则：qm= 3.6630，k1= 13.4471，所以2号土样在pH=5.5 angmuir吸附等温式为：Q=49.2567p/（1+13.4471p）。5土壤浑浊液的pH编号1-71-111-121-162-72-112-122-16pH4.634.304.624.534.173.604.334.26六、注意事项：（1）、因为PE瓶为50ml，而所加溶液是50ml，所以在放液到尾部时，应小心，时刻注意液体的流出情况，以免液体被移液管下部的尖嘴部分倒吸；（2）、振荡时，PE瓶横躺放在振荡器中，这样振荡更为均匀，但要时刻注意是否有漏液现象。（3）、原子吸收测定之前，样品要充分摇匀。（4）、测定原子吸收的样品不能有细小颗粒，否则易堵塞原子吸收仪。七、思考题1.土壤的组成和溶液的pH值对铜