Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的研究 - 生态环境学报.DOC

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Cd2、Cu2、Pb2、Zn2的研究-生态环境学报

蒙脱石吸附Cr3+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的研究: pH值和有机酸的影响 刘廷志1,田胜艳2,商 平2,李学明2,刘维华1 1. 天津科技大学材料科学与化学工程学院,天津 300222;2. 天津科技大学海洋学院,天津 300222 摘要:粘土具有良好的离子交换和吸附特性,常被用作垃圾填埋场的衬层,吸附垃圾渗滤液中的氨氮及重金属离子,防止污染土壤和地下水。研究了pH值对蒙脱石吸附Cd2+、Cr3+、Cu2+、Pb2+和Zn2+等五种重金属离子的影响,以及有化学络合剂EDTA和几种有机酸存在条件下,蒙脱石吸附Cd2+、Cr3+、Cu2+、Pb2+和Zn2+五种重金属离子的效果。为了接近自然吸附状态,实验采用了离子交换柱进行连续吸附。结果表明,pH值对Cd2+、Pb2+和Cu2+的吸附率影响极大;化学络合剂以及有机酸的存在降低了各重金属离子的吸附率,影响的强弱(设其符号为y)顺序为y(Pb2+)≤y(Cd2+)≤y(Zn2+)≤y(Cu2+)≤y(Cr3+)。 关键词:蒙脱石;重金属;pH;吸附 中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2005)03-0353-04 生活垃圾渗滤液含有复杂的有机物质以及多种重金属离子,渗入土壤极可能污染地下水源,因此很多发达国家的垃圾填埋区常选用粘土等具有吸附功能的材料作为衬层,对垃圾渗滤液进行吸附,以减少污染物进入土壤。粘土因具有独特的层状结构而具有良好的吸附和离子交换性能,而且其储量大,价格低,是一类优质价廉的吸附材料。膨润土(bentonite)是粘土的一种,其主要组成蒙脱石(montmorillonite)是由两个Si-O 四面体晶片和Al-O八面体晶片组成的铝硅酸盐。八面体中有部分Al3+被 Mg2+置换,四面体中有部分Si4+被 Al3+置换便产生了永久性负电荷,需吸附阳离子才能达到平衡,因而蒙脱石具有较强的吸附性和离子交换性[1]。 表1 Na型蒙脱石的元素组成 Tab. 1 Element composition of the Na-montmorillonite g·kg-1 项目 w(Cd) w(Cr) w(Cu) w(Fe) w(K) w(Mg) w(Mn) w(Na) w(Ni) w(Pb) w(Ti) w(Zn) 含量 <0.01 0.03 0.01 30.6 8.7 10.51 0.10 1.56 0.02 0.05 1.05 0.02 蒙脱石可以通过两种不同的机制吸附重金属:(1)离子交换:由于离子间和永久性负电荷的作用;(2)化合作用:与粘土粒子表面的Si-O-和Al-O-基团形成化合物[2,pH影响,因为在酸性(pH<4)条件下,大多数Si-O- 、Al-O-基团被质子化,因此,特别是对于第二种机制,酸化将使重金属离子从粘土上脱附[4]。所以了解pH值对蒙脱石吸附重金属能力的影响是很有意义的。此外,垃圾渗滤液中还含有多种有机酸及离子络合剂,有机酸和有机质都能够改变重金属离子的吸附特性[5],还会产生生态效应[6],因此这些物质的存在可能影响蒙脱石对金属离子的吸附性能,了解这些因素的影响对蒙脱石的实际利用具有指导意义。 目前关于矿物材料对重金属吸附性能的研究大多采用平衡吸附法,这种方法存在以下局限性:(1)搅动过程会使粘土的某些成分溶解;(2)粘土与溶液的比例与自然条件下有差异。而用离子交换柱进行连续吸附比较接近自然条件下的吸附过程,本实验就采用了交换柱连续吸附形式研究了蒙脱石对Cd2+、Cr3+、Cu2+、Pb2+和Zn2+五种重金属离子的吸附情况。 1 材料与方法 1.1 蒙脱石 购自浙江吉安,为Na型蒙脱石,SiO2和Al2O3的含量分别为45%和36%,表面积为20~38 m2·g-1,没有进行改性处理,离子交换能力约为0.3 meq/g。原子吸收分光光度计(WFX-120)分析蒙脱石的元素组成见表1。 1.2 实验用溶液 重金属溶液:由Cd、Cr、Cu、Pb和Zn相对应的盐类CdCl2、CrCl3、Cu(NO3)2、Pb(NO3)2和ZnSO4配制,所用试剂均为分析纯,溶剂为去离子水,各重金属溶液的浓度为0.0001 mol/L;有机酸溶液:分别为0.001 mol/L的草酸、丙二酸、琥珀酸、谷氨酸、酒石酸和柠檬酸溶液;EDTA溶液:0.001 mol/L;缓冲液:pH 2.5~5.5之间用0.1 mol/L醋酸钠/醋酸缓冲液,用0.1 mol/L碳酸氢钠/碳酸二氢钠缓冲液调pH至8.0。 1.3 实验设计 吸附实验均在离子交换柱内进行,柱长30 cm,内径为5 cm,柱下端放置一多孔陶瓷垫片,用脉冲蠕

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