水体中Cu(11)离子去除方法

Posted 2023-01-12 磁性

篇首语：旦旦而学之，久而不怠焉，迄乎成。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了水体中Cu(11)离子去除方法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

　　铜属于元素周期表中的过渡金属，是生命活动必要的微量元素。但是，随着!铜工矿业活动的不断增加，大量含铜废水排入水体，铜离子浓度急剧上升，影响动植物生长､人体健康，研究表明，铜能够干扰小麦根尖细胞的有丝分裂进而扰乱其正常生长[1];过量的铜还会引发人体重要器官(脑､脊髓等)的肝豆状核变性[2]。目前，去除水体中Cu(II)的方法众多[3-5]，例如反渗透膜､电解法､材料吸附法､生物法等，其中材料吸附法具备快速､容量大､操作简便和无二次污染等特征[6-8]。因此，寻找经济､高效､可重复利用的重金属离子吸附材料是未来的必经之路。

　　水滑石具有“记忆效应”[9]，即某个温度范围内(≤500℃)的煅烧产物在特定条件下可恢复原来的层状结构。利用水滑石“记忆效应”可将一些客体吸入层间空隙或层板上，例如，Carriazo等[10]利用碳酸盐､氯化物合成了含不同金属的水滑石材料，并研究其对水溶液中Cr2+的吸附效果，Carja等[11]采用水滑石作为离子吸附剂，处理含As5+废水，赵阳[12]采用合成的水滑石处理含Ni2+离子废水，均取得较理想的效果。但是，水滑石作为吸附剂仍然存在吸附时间长和回收利用难的缺陷。本研究在制备具有良好磁性的水滑石基础上，探究其去除Cu(II)的行为，对研究磁性水滑石在重金属离子吸附方面具有一定的指导意义。

　　1 材料与方法

　　1.1 实验试剂与仪器

　　仪器:THZ-82恒温振荡器､DHG-9140A型电热恒温鼓风箱､PHS-3C型pH计､万用电炉､SX2-5-12箱形电阻炉､TAS-990型原子吸收分光光度计。

　　试剂:CuSO4 · 5H2O､HCl､NaOH､FeCl3·6H2O､FeCl2·4H2O､NH3· H2O均为分析纯，水滑石由湖南邵阳提供，实验用水均为超纯水。

　　1.2 材料制备

　　1.2.1 磁性基质的合成

　　以FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O为原料，用无氧超纯水分别配制成溶液，使得Fe3+和Fe2+的摩尔质量比为2∶1，将FeCl3和FeCl2溶液按照体积比1∶1混合成100mL溶液，滴加10% ～12% 氨水，80℃水浴振荡10min，Fe3O4 生成式:

　　1.2.2 磁性水滑石的制备

　　将水滑石置于500℃高温下煅烧4h，过100目筛，然后，将煅烧水滑石投加到含Fe3O4 的水溶液中，80℃水浴振荡90min，冷却后真空密封，室温陈化24h，放于50℃恒温鼓风箱，干燥数天后研磨，过100目筛，制得磁性水滑石。

　　1.3 吸附剂的表征

　　用扫描电子显微镜(JSM-6380LV型)对磁性水滑石的表面形态进行测试;用X射线衍射仪(XRD-6000)和傅里叶红外光谱仪(Spectrum65型)测定吸附剂的成分组成､官能团。

　　1.4 含Cu(II)的模拟水配制

　　称取3.9408gCuSO4·5H2O溶于1000mL超纯水中，配成1000mg/LCu(II)储备液，再用超纯水稀释至实验需要的浓度并进行实际浓度测量。pH由5%HCl和5%NaON溶液进行调节。

　　1.5 吸附实验

　　将不同浓度的40mLCu(II)溶液置于100mL锥形瓶中，加入一定量磁改性水滑石，振荡反应器中以150r/min振荡一定时间，取上清液用原子吸收分光光度计测定Cu(II)含量。

　　式中:q为吸附容量(mg/g);m 为吸附剂的质量(g);V为溶液体积(mL);C0､Ct分别为初始浓度和终态浓度(mg/L)。

　　2 结果与讨论

　　2.1 磁性水滑石的表征

　　2.1.1 SEM表征

　　图1是水滑石磁改性前后的扫描电镜图(10000倍)。吸附剂表观形貌:磁改性前的水滑石呈颗粒状，颗粒之间空隙大､松散，聚集性差;水滑石与四氧化三铁结合后形貌有了明显变化，颗粒之间结合紧密，粒径变大。

　　2.1.2 磁性水滑石的XRD分析

　　通过XRD对水滑石及磁性水滑石的基本化学､矿物学特征进行分析(见图2)。水滑石中主要物质为钙铝氧化物(Ca4Al2O6Cl2·10H2O)和钙铝氢氧化物(Ca2Al(OH)6Cl2·2H2O)，其中含有少量氯元素，符合典型水滑石的化学通式[M2+1-x M3+x((OH)2]x+(An-)x/n· mH2O。磁性水滑石物质组成比较复杂，含Ca4Al2O6Cl2· 10H2O､Ca2Al(OH)6Cl2·2H2O､Ca2(Al/Fe3+)2O5､Ca0.15Fe2.85O4､Ca3Al2O5·xH2O､Ca(Al/Fe)12O19等物质，考虑其原因是碱性水滑石与磁性基质溶液发生化学反应，使其生成多种物质。

　　2.1.3 磁性水滑石的FTIR分析

　　红外光谱分析是借助不同波长的红外射线照射物质的内部结构上，引发分子或原子结构官能团振动，从而形成一个特点的光谱图。图3是煅烧水滑石磁化前后的FTIR对比图，其符合典型水滑石的光谱图，并且磁化前后的结构官能团变化不大。在3500cm-1附近的吸收峰为层板上OH-伸缩振动峰;3050cm-1附近的吸收峰为层间OH-伸缩振动峰;1500～1800cm-1之间的吸收峰为吸附剂缔合状态的OH- 和层间的结晶态水的伸缩振动;在1400cm-1附近的吸收峰为C—O的伸缩振动，与1430cm-1附近的吸收峰为C—O的伸缩振动相比，前者受到化学键的制约，不能自由移动;400～600cm-1之间的吸附峰为Fe—O､Ca—O和Al—O等金属氧化物的伸缩振动和弯曲振动，属于晶格氧[13]。水滑石在磁化过程中，碱性水滑石和水发生反应，形成了层间H2O､OH-1､CO2-3 ，所以磁性水滑石的红外光谱图在3050cm-1､1430cm-1､400～600cm-1对应处吸收峰有明显变化，但是1630cm-1附近的缔合状态的OH-和层间的结晶态水的吸收峰变化不大。。

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