膨润土去除镉的科技创新性实验

作者:任春艳;吕海涛;师进生; 刊名:实验技术与管理 上传者:吴海双

【摘要】借助大学生科技创新项目,通过3种不同方法对膨润土进行改性后,对废水中的镉离子进行了吸附研究。结果表明4种不同膨润土对镉离子的吸附效果均较好,吸附等温线可用Langmuir等温式拟合。通过该吸附性实验的科研锻炼,使学生将理论和实验相结合,培养了学生的科技创新意识和能力。

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创新是一个民族兴旺的灵魂,是支撑一个国家持续发展的原动力,而21世纪的竞争必然是具有一定科技创新意识和科技创新能力的高素质人才的竞争[1-2]。因此,在各大高校中,为提高科技创新能力为主要目的的大学生科技创新项目应运而生。应用化学专业大三的学生在物理化学课程中刚刚学过吸附,同时仪器分析实验课程中用过石墨炉原子吸收光谱法测定自来水中的镉,但理论课中学生没有进行实践,实验课中只使用了石墨炉而没有用最常用的原子化方法——火焰法。基于此,该专业部分学生在教师指导下开展了用膨润土去除废水中重金属离子——镉离子的探讨性实验。镉离子是造成水污染的来源之一[3-5],工业废水中镉的最高容许排放浓度为0.1mg/L[6],因此,对废水中镉离子进行处理就成为十分紧迫的任务。膨润土以其优良的粘结性、吸附性、阳离子交换性和易获得性在去除镉离子中得到了高度的重视及广泛的应用[7-8]。经过采用不同方法改性后的膨润土对镉离子进行吸附性实验,以初步计算不同膨润土对镉离子的吸附量,从而选择一种经济实用又方便的实验方案来指导生产实践。同时,也可以对学生的科研思维进行初步锻炼,提高学生思维创新能力。1实验方法首先,每2~3个学生一组,通过查阅文献,比较膨润土的各种改性方法后确定出小组的改性方法,同时确定膨润土吸附镉离子的吸附实验的操作方法,然后各小组间进行讨论,确定实验方案。1.1膨润土改性(1)酸改性。称取一定质量膨润土与一定浓度硫酸溶液以1∶10(质量体积比)混合24h后,洗涤、过滤后烘干后得酸改性膨润土。(2)无机改性。取一定量膨润土加入蒸馏水,搅拌状态下使膨润土充分溶解、分层后取上层悬浊液,搅拌状态下缓慢加入由AlCl3—MgSO4—NaOH制得的镁—铝交联改性剂,静置沉降,减压抽滤后60℃烘干,得无机改性膨润土。(3)煅烧改性。取一定量膨润土于坩埚中,马弗炉升温至450℃,煅烧2h后冷却得煅烧改性膨润土。1.2吸附实验(1)原子吸收测定条件的确定。在其他条件不变的情况下,依次改变灯电流为1、2、3、4mA,燃烧头高度5、6、7、8、9mm,乙炔气体流量800、1 000、1 200、1 500、2 000mL/min后测定原子化后的吸光度值,并考虑实际情况,确定火焰原子吸收测定镉的基本实验条件如下:狭缝宽度0.2nm,灯电流2mA,燃烧头高度8mm,乙炔气体流量1 500mL/min。(2)标准曲线的测定。配制一系列镉离子标准溶液(单位μg/mL):0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.50,在上述最佳实验条件下平行测量3次原子吸光度取平均值,做吸光度对浓度的A-c标准曲线,如图1所示。由图1可见,曲线方程为A=0.512c+0.025,R2=0.995,线性良好,准确度较高。(3)吸附实验。取一定体积一定浓度的镉离子标准溶液,加入一定量原土、酸改性膨润土、无机改性膨润土、煅烧改性膨润土共四种膨润土,吸附一定时间后,用火焰原子吸收分光光度法测定吸光度,通过标准曲线确定溶液中镉离子的平衡浓度,计算吸附量。图1镉的标准曲线2结果与讨论2.1吸附平衡用相同质量的4种不同膨润土对浓度为30mg/L的镉标准溶液进行吸附,每隔一段时间测定溶液中剩余镉离子的浓度,其结果见图2。由图2可以看出,虽然膨润土对镉离子有较强的络合能力,但膨润土对镉离子的吸附进行得并不快。在吸附的前30 min,4种不同膨润土吸附后溶液中剩余镉离子的浓度均随时间延长而迅速减小,吸附时间越长,对镉离子的吸附越多。30min后,吸附速率明显减缓。当吸附时间达到2h后,吸附基本达到平衡。此后

参考文献

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