硅膠—聚乙烯亞胺材料對銅離子吸附性能的研究

文 榜

（新疆喀什地區伽師縣第四中學 新疆喀什 844300）

一、前言

重金屬污染給環境帶來了嚴重的危害，Cu2+是一種常見的重金屬離子，攝入過量的Cu元素會使人中毒。現階段回收重金屬離子的方法有很多，基于Cu2+自身的特點，本實驗采用吸附法。在實際生活中，Cu2+含量低且組成也復雜，直接去測定干擾因素也多。所以本次探究是在已制備硅膠—聚乙烯亞胺吸附材料的基礎上，控制pH、溫度、銅離子濃度、時間等不同條件下，研究該吸附材料對Cu2+的吸附性能，以達到最佳吸附目的。原理為：有機胺硅膠復合材料因其表面負載大量的氨基，可與低濃度重金屬離子螯合而顯示良好的吸附性能和穩定性[1]。

二、實驗部分

（一）實驗儀器及試劑

1.實驗儀器

上海舜宇恒平科學儀器有限公司FA224電子天平；上海藍季科技發展有限公司75×75稱量紙；合肥卓爾儀器儀表有限公司PHS-3C微型酸度計；天津市泰斯特儀器有限公司電熱恒溫水浴鍋；金壇市岸頭國瑞實驗儀器廠HY-3多功能振蕩器；錐形瓶、容量瓶、燒杯、滴管若干；日本島津企業管理（中國）有限公司AA-6300C型原子火焰分光光度計。

2.實驗試劑

上海廣諾化學科技有限公司（CAS:7758-99-8)五水硫酸銅；國家有色金屬及電子材料分析測試中心Cu單元素標準溶液（標準值：1000ug/ml),介質：c（HNO3)=1.0mol/L);國藥集團化學試劑有限公司（上海）硝酸（GR)

（二）PEI-SIO2 材料對Cu2+吸附性能數據分析及處理

1.pH值與PEI-SIO2材料吸附性能的關系

配制320.1000mg/L的硫酸銅溶液，準確稱取0.1000g左右的吸附劑于5個錐形瓶中，從大到小調節PH值分別為5、4、3、2、1左右，并在每個pH值段用移液管移取50.00ml到已經加入吸附劑的錐形瓶內，并將錐形瓶放在振蕩器上振蕩搖勻約8小時（100 r/min），測出吸附劑在不同pH條件下的吸附值。交換容量=（原樣濃度-吸附后濃度）×0.05/吸附劑質量×金屬原子量。

圖1 pH與交換容量的關系

2.濃度與PEI-SIO2吸附性能的關系

配制50.0000、100.0000、150.0000、200.0000、250.0000、300.0000mg/L的硫酸銅溶液，稱取0.1000g左右的吸附劑到6個錐形瓶里，PH值控制在4的左右，溫度控制25℃，并用移液管移取50.00ml到已有吸附劑的錐形瓶中，并將錐形瓶放在振蕩器上振蕩搖勻約8小時（100r/min），測出吸附劑在不同濃度下的吸附值。

3.溫度與PEI-SIO2吸附性能的關系

配制50.0000、100.0000、150.0000、200.0000、250.0000、300.0000mg/L的硫酸銅溶液，分三組，每組稱取0.1000g左右的吸附劑，分別裝入6個錐形瓶中，PH值控制在4左右，并用移液管移取50.00ml到已有吸附劑的錐形瓶內，并將錐形瓶放在振蕩器上振蕩搖勻約8小時（100r/min），測出吸附劑在25℃、35℃、45℃三個不同溫度下的吸附值。

不同溫度PEI-SIO2 吸附材料對Cu2+的平衡吸附量比較

4.時間與PEI-SIO2吸附性能的關系

pH=4.25;吸附材料：1.0030g；配制濃度：301.9008mg/L；原液實測濃度C0：

三、實驗結論

（一）觀察圖2.1，硅膠—聚乙烯亞胺吸附材料吸附容量隨著pH值的增加越來越大，且pH在4左右時，吸附容量達到最大，為0.86mmol/L，這時對Cu2+吸附性能最好。

圖2 25℃時平衡吸附量曲線

（二）觀察圖2.2，在pH=4左右、25℃時，配制溶液濃度越大，吸附平衡濃度越大，平衡吸附量越大，在25℃時最大平衡吸附量為0.6161mmol/g,所以，平衡吸附量與溶液濃度有關。

（三）根據圖3可知，在不同的溫度下，平衡吸附量也不同，相同濃度下，加入吸附劑質量基本相同，pH=4左右時，PEI-SIO2吸附材料對Cu2+的平衡吸附量隨著溫度的升高而增加，證明升高溫度有利于吸附，該過程為吸熱過程，Qe隨著Ce的增大而增大，在不同的三個溫度下，該吸附材料對Cu2+的最大吸附量為0.9278mmol/g。

圖3 不同溫度下的平衡吸附量曲線

（四）圖4、5可知，在溫度為25℃、PH=4.25時，該吸附材料對Cu2+的吸附性能隨時間的增加而增強，表現出一定的線性規律，在25℃時，PEI-SIO2的最大飽和吸附量為0.6166mmol/g。

圖4 25℃時不同時間下的平衡吸附量

圖5 吸附后平衡濃度隨時間的變化