土壤对铜的吸附

1、环境化学一一土壤对铜的吸附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

2、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。一、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 = K p 1/n式中：Q土壤对铜的吸附量，mg/g；K, n-吸附达平衡时溶液中铜的浓度，mg/L；经验常数，其数值与离子种类、

3、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 1g p以lgQ对lg p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(p)之间的函数关系。(2)采用Langmuir吸附等温式描述，即：Q = qmki p / (1+kip) -1/Q = 1/q mki p + 1/qm以1/Q对1/p作图可求出qm和k1 ,进而确定吸附量(Q)与平行浓度p的 函数关系，分别作出lgQ - lg p和1/Q - 1/ p图，求出相关系数，

4、判定吸附类型。三、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 CaCl2 2H2O溶于1L水中。(2)铜标准溶液(1000 mg/L):将 0.5000 g金属铜(99.9%)溶解于 30 mL l:1HNO3中，用水定容至 500 mL。(3) 50 mg/L铜标准溶液：吸取 25 mL 1000 mg/L铜标准溶液于500 mL容量 瓶中，加水定至刻度。(4)硫酸溶液：0.5 mol/L 0(5)氢

5、氧化钠溶液：1 mol/L。(6)铜标准系列溶液(pH=2.5):分别吸取 10.00、15.00、20.00、25.00、30.00 mL 的铜标准溶液于250 mL烧杯中，力口 0.01 mol/L CaCl2溶液，稀释至240 mL,先 用0.5 mol/L H2SO4调节pH = 2,再以1 mol/L NaOH溶液调节pH = 2.5,将此溶 液移入250 mL容量瓶中，用0.01 mol/L CaCl2溶液定容。该标准系列溶液浓度 为 40.00、60.00、80.00、100.00 120.00 mg/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

6、剂)。(8) 1号土壤样品：将新采集的土壤样品经过风干、磨碎，过 0.15 mm (100 目)筛后装瓶备用。(9) 2号土壤样品：取1号土壤样品300g,加入腐殖酸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 50 mg/L 的铜标准溶液 0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL 分别置于50 mL容量瓶中，加2滴0.5 mol/L的H2SO4,用水定容，具浓度分别 为 0、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mg/L。然后在原子吸收分光光 度计上测定吸光度。根据

7、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. 0 nm；灯电流1 mA;光谱通带：20;增益 粗调：0;燃气：乙烘；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50 mL聚乙烯塑料瓶 中。(2)向每份样品中各加人50 mg/L铜标准溶液50 mL。(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，迅速吸取上层消液 10 mL于50 mL容量瓶中，力口 2滴0.5 mol/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

8、3.5和5.5的100 mg/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。 依次加入 50 ml pH 为 3.5 和 5.5、浓度为 40.00、60.00、80.00、100.00、 120.00 mg /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15 mL 土壤浑浊液于离心管中，离心10 min,吸取上 层清液10 mL于50 mL容量瓶中，力口 2滴0.5 mol/L的H2SO4溶液，用水

9、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 = (p0 - p) V/(1000W) = (p0 - p 测 *5) / 20式中：Q土壤对铜的吸附量，mg/g； p 0溶液中铜的起始浓度，mg /L ； 溶液中铜的平衡浓度， mg/L; V溶液白体积，mL; W烘干 土样重量，g0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

10、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)1.89292.03682.20322.2

11、3072.24322.2914铜平衡浓度与振荡时间的关系图二(1/曾)舞邂命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)15.20525.38546.18173.00589.70

12、5Q1 (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)1.81552.41742.58582.75582.8960 pH = 5.5 时:起始浓度mg/L406080100120土壤1ABS0.02790.04060.19760.21090.2945C (Cu) mg/L0.93081.35426.73477.203810

13、,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(p )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 =

14、3.5 时:pH=3. 5时土壤对铜的吸附等温式20406080100铜浓度(mg/L) pH = 5.5 时:pH=5.5时土壤对铜的吸附量O土壕1土壤2图四3 .建立Freundlich方程以1g Q对1g p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。1号土样在不同pH下土壤对铜的吸附等温线图五由上图可知：当对于 1 号士： 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：

15、Q=1.2990p 1/26.667，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=1.5367p作4824 ,该方程 式与图四相比，正确。2号土样在不同pH下土壤对铜的吸附等温线PHPH线线 :二图六由图可知：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=1.5360p 1/6.

16、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=2.2050p 1/7.3746，该方程式与图四对比, 正确。4 .建立Langmuir方程以1/Q对1/p作图可求出qm和k1 ,进而确定吸附量（Q）与平行浓度p的 函数关系，分别作出lgQ - lg p和1/Q - 1/ p图，求出相关系数，判定吸附类型。1号土样1/Q-1/p关系图1/p图七由上图可知，对于1号士：当 pH=3.5 时：1/Q=1.7966 1/p+0.6209

17、 ,贝U: 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=0.9735 - 1/p+0.3096 ,贝U: 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 )2号土样1/Q-1/p关系图1/p80sPHPH战线:二图八由上图可知刈于2号士:当 pH=3.5 时：1/Q=0.7599 1/P+0.3464 ,则：qm=

18、2.8868,匕=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=0.2724 1/P+0.2730 ,则:q卡 3.6630 , ki= 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1-71-111-121-162-7| 2-112-122-16pH4.634.304.624.534.173.604.334.26六、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