纳米羟基磷灰石对Zn_2_的吸附行为

吴柳明 ( 1953- ), 女, 湖南衡南人, 教授, 博士, 硕 士生 导师。
者的关注, 是一项重要的环境工程课题。近年来, 人 们在利用环境功能矿物材料进行含锌废水的治理方 面进行了积极的探索, 并取得了很大进展。报道了 许多除锌的吸附剂, 如沸石、蒙脱石、累托石、硅藻土 和磷灰石等 [ 4- 6] 。在众多吸附剂中磷灰石族矿物由 于其具有特殊的晶体化学特征, 因此可以对多种金 属离子进行吸附, 使金属离子固定, 从而成为一种新 型的环境功能矿物材料 [ 7] 。
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济 南 大 学 学 报 (自然科学版 )
第 24卷
1实 验
1. 1 试剂和仪器 实验所用药品硝酸锌、硝酸钠、硝酸、氢氧化钠均
为分析纯; 水为蒸馏水; 羟基磷灰石用溶胶 - 凝胶法合 成 [ 11] , 经氮气吸附脱附法测定比表面为 48. 62m2 / g。
所用仪器: TAS - 990F 原 子 吸收 分光 光 度计 ( 北京普析通用仪器有限责任公司 ) ; PP - 50型 pH /mV 计 ( 德国 Sart o rius公司 ) ; HY - 4调速多用震 荡器 (江苏金坛市中大仪器厂 ); H 1650高速台式离 心机 (长沙湘仪离心机仪器有限公司 ) 。
分达到平衡, 选择振荡时间为 120m in。 将实验数据用拟二级反应动力学方程 [ 12] 进行
拟合。拟二级动力学方程为
t= qt
k
1 q
2 e
+
t qe
( 3)
其中 qt 是各个时间的吸附量 ( m g / g ); qe 是平衡吸
附量 ( m g / g) ; k 是平衡速率常数 ( g /m g! m in )。以
子浓度为 0. 100 mm o l/L, 改变振荡时间, 得到吸附 量随时间变化的关系, 如图 1所示。
图 1 吸附时间与吸附量的关系
从图 1可以看出, 反应刚开始时羟基磷灰石对 Zn2+ 的吸附速度很快, 吸附量增加迅速, 当反应时间
达 15 m in时, 吸附速度减缓, 吸附量逐渐趋于稳定, 达 60 m in后羟基磷灰石对 Zn2+ 的吸附量变化不大, 吸附基本达到平衡。在以后的实验中为了使吸附充
Abstrac t: Synthe tic nanohydroxyapatite w as used to rem ove Zn2+ from so lution. T he influence of var ious param e ters on the adsorp tion, inc lud ing adso rption tim e, pH va lue o f suspensions and in itia l concentra tion of Zn2+ , was investigated and the adsorption m echa n ism was d iscussed. The results show tha t the adsorption o f Zn2+ on the surface o f nanohydroxyapatite is in ag reem ent w ith pseudo sec ond orde r k inetic equation, and the equilibr ium can be achieved in 60 m in; the adso rbed am ount of Zn2+ increases as the pH va lue and the in itia l concen tration of Zn2+ increase. The L angmu ir adsorption iso therm s can be applied to the exper im enta l results.
常数 ( L /mg) 。拟合结果如图 5所示。拟合得到的
线性方程为 y = 0. 102 7x + 0. 061 4, 相关系数 R =
0. 993 2, 线性关系良好, 故此吸附属于 L angm uir等 温吸附, 计算得饱和吸 附量 qm 可达 到 16. 3 m g / g, L angm uir平衡常数 ka 为 0. 598 L /m g。得出的饱和 吸附量比齐勇等 [ 13] 得 出的饱和 吸附量 6. 72 m g /g 大, 这可能是由于本实验中合成的羟基磷灰石的比 表面积大, 有利于对 Zn2+ 的吸附。 L angm uir型等温
Y I N Y i fen, W U L iu m ing, ZHAO Hu,i ZHU T ing t ing, ZHAO Yan jie
( School of Chem istry and Ch em ical E ngineering, U n iversity of Jinan, Jinan 250022, C hina)
吸附率 = ( c0 - c) 100%
( 1)
c0
qe =
V m
(
c0 -
c)
( 2)
其中, c0 为 Zn2+ 的初始离子浓度 ( m o l/L ) ; c 为吸附 平衡后 Zn2+ 的残留离子浓度 ( m o l /L ); qe 为平衡吸 附量 ( m g / g) ; V 为 Zn2+ 溶液的体积 ( L ) ; m 为羟基
吸附时间 t为横坐标, t /qt 为纵坐标作图, 得图 2, 线 性方程 y = 0. 068x + 0. 168 6, 相关系数 R = 0. 999 8, 拟合度很好, 此吸附方程符合拟二级反应动力学方
程, 计算得平衡速率常数 k = 0. 027 3 g / ( m g! m in), 平衡吸附量 qe = 14. 7 mg /g。还可以根据 h = kq2e 得 出初始速率 h = 5. 93 m g / ( g! m in) 。
L angm uir型等温吸附曲线进行拟合。 L angm u ir吸附
等温式为
1= 1+ 1
1
( 4)
qe qm ke qm c
其中 qe 是 平衡 吸附 量 ( mg /g ) ; qm 是饱 和吸 附量
( m g /g) ; c是残留浓度 ( m g /L ) ; ke 是 L angm uir平衡
线。当 Zn2+ 溶液离子浓度小于 0. 008mm ol /L 时, 吸
光度与离子浓度呈线性关系, 符合朗伯 - 比尔定律。
标准曲线的线性方程为 y = 41. 903x - 0. 014 3, 线性
相关系数为 R = 0. 999 4。
2 结果与讨论
2. 1 吸附动力学 体系中羟基磷灰石的用量为 0. 4 g /L, Zn2+ 的离
可达到平衡; 吸附量与 pH 值和 Zn2+ 的初始浓度呈正相关关系; 纳米羟基磷灰石对 Zn2+ 的吸附属 L angm uir等温吸附类型。
关键词: 纳米羟基磷灰石; Zn2+ ; 吸附
中图分类号: O 643
文献标志 码: A
Adsorption B ehavior of Zn2+ on Nanohydroxyapatite
此浓度下的吸附量较大 ( 见图 4) , 所以在其他实验 中选择 Zn2+ 的浓度为 0. 100 mm o l/L。以 Zn2+ 的残
留浓度为横坐标, 吸附量为纵坐标作图得图 4。
第 2期
尹贻芬, 等: 纳米羟基磷灰石对 Zn2+ 的吸附行为
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由图 4可知, 吸附量随着 Zn2+ 浓度的升高而增 加, 当 Zn2+ 的浓度达到一定时, 吸附量达到饱和, 此 曲线类型与 L angm uir型等温吸附曲线相似, 所以用
锌是人体内必需的微量元素之一, 能够维持人 体正常的生长发 育, 一般 情况下, 人 体含锌大约为 2. 3克, 如果含量过高, 就会引起肠胃疾病、腹泻和 发育不良 [ 3] 。因此, 对锌污染的治理倍受环境工作
收稿日期: 2009- 12- 02 基金项目: 国家自然科学基金 ( 20877035) 作者简介: 尹贻芬 ( 1982- ) , 女, 山东新泰人, 硕士生;
实验所用的羟基磷灰石和 Zn2+ 在不同 pH 值下 的组分分布图由 M EDUSA 软件计算得到。 1. 2 实验方法
向 50mL 的离心管中依 次加入羟基 磷灰石和 25 mL Zn2+ 溶液, 在摇床振荡一定时间后, 用转速为 11 000 r /m in的离心机离心 10 m in, 取上清液, 稀释 后用火焰原子吸收法测定 Zn2+ 的残留浓度, 用公式 ( 1) 和 ( 2) 分别计算 Zn2+ 离子在羟基磷灰石表面的 吸附率和吸附量。
磷灰石的用量 ( g)。
实验条件: 体系一般为自然条件酸碱度, pH =
7. 1左右, 温度为室温 ( 27 左右 ) , 用 N aNO 3 保持 溶液的离子强度为 I = 0. 1 m o l/L。
1. 3 Zn2+ 的测定
配制不同离子浓度的 Zn2+ 溶液, 用原子吸收分
光光度计测其吸光度, 绘制浓度 - 吸光度的标准曲
第 24 卷第 2期 2010年 4月
济南大学学报 (自然科学版 ) JOURNAL OF UN IVERSITY O F JINAN ( Sc.i & T ech )
文章编号: 1671- 3559( 2010) 02- 0131- 04
纳米羟基磷灰石对 Zn2+ 的吸附行为
V o.l 24 N o. 2 A p r. 2010
尹贻芬, 吴柳明, 赵 辉, 朱婷婷, 赵延杰
(济南大学 化学化工学院, 山东 济南 250022)