零價納米鐵吸附鎳離子的實驗探究

李　宇，周紅剛，葉　力

(1 紹興文理學院化學化工學院，浙江　紹興　312000; 2 紹興銅都銅材有限公司，浙江　紹興　312000)

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零價納米鐵吸附鎳離子的實驗探究

李宇1，周紅剛2，葉力1

(1 紹興文理學院化學化工學院，浙江紹興312000; 2 紹興銅都銅材有限公司，浙江紹興312000)

水污染對周圍環境以及微生物有很大的危害，久而久之對動植物甚至人類都造成威脅。所以解決水污染問題迫在眉睫。近些年來，隨著科技的發展，吸附法因為其操作簡易，效率高，污染少，成本低而被人們更多地使用。本文在論述了一些具體實驗條件對吸附效率的影響，對鎳的吸附進行了綜合和概括。這對未來的環境治理和人類的安全保護都將產生積極的影響。

水污染；鎳吸附；試驗條件

現在水污染的環境標準越來越高，如何達到標準已經成為當今環境科學與工程領域的一大重點難點[1]。近些年來離子交換，物理化學沉淀，電滲析，反滲透，超濾等技術被用來吸附有污染的放射性離子，但是由于操作過于繁瑣，成本昂貴而得不到廣泛應用。而吸附法因其成本低，操作簡單，設備簡易等優點被普遍接受[2]。活性碳是一種傳統的被人普遍接受的吸附材料，但是由于其在循環利用而回收問題上的一些缺陷，人們正在尋找新的環保材料[3]。 前人已經研究了沸石，膨潤土，高嶺土，MX-80黏土等的一些吸附劑對鎳的吸附的研究[4-12]。本文研究納米鐵作為吸附劑吸附鎳離子，總結了接觸時間，初始濃度，固體濃度，共存電解質，離子強度和pH對Ni吸附的影響以及根據所得事實預測出的微觀吸附機理。

1　實　驗

1.1儀器與試劑

Phs-3c精密pH計，上海安亭科學儀器廠；AA-6300原子吸收光譜儀，日本島津公司。

納米鐵為運用硼氫化鈉還原法制備。所有的試劑均為分析純試劑，所有的溶液均為去離子水配制。

1.2實驗方法

將吸附劑懸浮液，NaClO4電解質溶液，含有放射性Ni的儲備液加入入離心管中并在振蕩器上平衡一段時間。加入微量0.1 mol/L的HClO4或NaOH 調節pH，達到所需要求。在振蕩器上達吸附平衡后，離心后取出上層清液，用原子吸收光度法測上層清液的吸光度得出未被吸收的離子濃度。算出離子吸附率。所有數據均為3次實驗數據的平均值。

2　結果與討論

2.1接觸時間對Ni離子吸附的影響

圖1　時間對鎳離子去除效率的影響

在pH,離子濃度一定時，接觸時間對Ni在吸附劑上的吸附影響如圖所示。控制好接觸時間可以提高吸附效率，實現對濃度高的核素的去除和富集。可以得出，吸附分“快，慢”兩個階段。當時間小于30 min時，吸附量隨時間的增加而快速增加。當時間大于這一數值時，隨著時間的增加，吸附量基本上不發生變化，即達到了吸附平衡。造成這一現象的原因如下：在低活化位點上的Ni吸附，表面沉淀的形成，表面物質的置換，Ni進入到內部位點等。這些研究表明pH對吸附過程有影響，對預測Ni在介質環境之中的遷移轉化行為有重要意義。

2.2pH值和離子強度對Ni離子吸附的影響

pH和離子強度對Ni在吸附劑的吸附影響如圖所示。控制好pH和離子強度，可以提高吸附效率，實現對高濃度Ni的吸附和去除。由此由于高氯酸根離子不會與水環境中共存離子形成絡合物，因此，盡管水中沒有大量的高氯酸根離子，但是可以更加方便的分析離子強度對吸附的影響作用。因此我們以高氯酸根為電解質溶液研究了0.001,0.01,0.1 mol/L NaClO4對Ni離子的吸附影響。由理論可得，pH在2～7時，吸附率隨pH的增大而緩慢提高,pH在7～9時，吸附率隨pH的增大而顯著提高，在pH大于9時，吸附率基本不隨pH的變化而變化。還可得出，當pH小于某一值時，離子強度對Ni離子的吸附有明顯影響。同樣由圖可得在pH小于7時，離子強度對Ni在黏土的吸附有影響，而在pH大于7時，離子強度對離子吸附幾乎沒有什么影響。

分析可得，鎳在黏土表面有兩種吸附位弱位≡XOH和強位≡YOH。在pH在2～7時，是以≡XOH為主導的外層絡合；在pH在7～9時，是以弱位≡XOH和強位≡YOH共同絡合，所以吸附率得到升高。在pH小于7時，離子強度受pH影響且跨越3個pH說明形成了形成了多種表面絡合。在高pH時，濃度逐漸降低的是≡YOH，濃度逐漸升高的是≡YO-。

圖2　pH對鎳去除效率的影響

2.3初始濃度對Ni離子吸附的影響

圖3　初始濃度對鎳離子吸附的影響

在吸附過程中，很多因素對吸附有一定的影響。初始濃度對Ni在吸附劑的吸附有影響。研究Ni的吸附可以提高其的吸附效率，實現對鎳的高濃度的富集和吸附。不同初始濃度下Ni離子對吸附劑的吸附量隨pH的變化曲線下所示(pH<8)。pH小于8時吸附率隨著初始濃度的升高而降低。通過另一批實驗，總結實驗數據的得出pH大于8時，吸附率隨初始濃度沒有太多的變化。通過電位分析和一系列研究可以得出吸附率在pH小于8時，隨著初始濃度的升高而降低的現象不是由于氫氧化鎳沉淀的生成。

2.4固體濃度對Ni離子吸附的影響

固體濃度對Ni在吸附劑的吸附影響如圖所示。研究Ni的吸附可以提高其的吸附效率，實現對鎳的高濃度的富集和吸附。在溫度，pH不變時吸附率隨固體濃度的增大而增大，在固體濃度為某一值時保持最大，不再升高。但是，吸附量隨固體濃度的增大而減小。解釋為：隨著固體吸附劑濃度的提高，黏土表面官能團的位點增多，可以有更多的Ni被吸附。

圖4　固體濃度對鎳離子吸附的影響

2.5共存電解質對Ni離子吸附的影響

由于不同電解質離子對吸附作用的影響，可以用特定官能團的離子對吸附劑進行修飾，可以使其對特定離子選擇吸附。

3　結　論

通過對鎳離子和吸附劑吸附機理的研究，得出以下結論：

(1)Ni離子的吸附作用受時間的影響。在開始階段時，吸附量隨時間的增多而增大，經過一段時間后，吸附量隨時間的增多不再變化。

(2)Ni離子的吸附作用受pH的影響。Ni離子的吸附率隨pH先是急劇增加，然后是緩慢增加，最后是穩定不變。

(3)Ni離子的吸附作用受離子強度的影響。在低pH時，離子強度對吸附作用有影響，在高pH時，離子強度對吸附作用影響不明顯。

(4)Ni離子的吸附作用受初始濃度的影響。在低pH時，初始濃度對吸附作用有顯著影響，在高pH時，初始濃度對吸附作用的影響不大。

(5)Ni離子的吸附作用受固體濃度的影響。吸附率隨著固體濃度的增大而增大，吸附量隨固體濃度的增大而減小。

(6)Ni離子的吸附作用受電解質的影響。在低pH時，受電解質影響大，在高pH時，受電解質影響小。

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Study on Adsorption of Nickel Irons by Adsorbent

LI Yu1, ZHOU Hong-gang2, YE Li1

(1 Shaoxing University, Zhejiang Shaoxing 312000;2ShaoxingTongduCopperCo.,Ltd.,ZhejiangShaoxing312000,China)

Water pollution has the bad effect on the environmental situation and microorganism. After long time, it even can threaten animals, plants and human. In conclusion, it is time for solving problems of water pollution. In recent years, with the development of technology, adsorption is used convenience, work efficiency and cost lowly spreads widely. Some specific experiment conditions had influence on adsorbability, and a huge amount of writings was made summarized. It will have a positive effect on the environmental protect and safety of human beings.

water pollution; adsorption of Ni; experiment conditions

李宇(1994-)，女，紹興文理學院本科生，研究方向：環境化學重金屬離子的吸附。

O615.1

A

1001-9677(2016)014-0109-03