土壤对铜的吸附实验(数据处理版)

实验二十土壤对铜的吸附一、实验目的1. 了解影响土壤对铜吸附作用的有关因素2. 学会建立吸附等温式的方法。二、实验原理土壤中重金属污染主要来自于工业废水、农药、污泥和大气降尘等。过 量的载金属可引起植物的生理功能紊乱、营养失调。由于重金属不能被土壤中的 微主物所降解，因此可在土壤中不断地积累，也可为植物所富集并通过食物链危 害气体健康。重金属在土壤中的迁移转化主要包括吸附作用、 配合作用、沉淀溶解作用和 氧化还原作用。其中又以吸附作用最为重要。铜是植物生长所必不可少的微量营养元素，但含量过多也会使植物中毒。土 壤的铜污染主要是来自于铜矿开采和冶炼过程。 进人到土壤中的铜会被土壤中的 粘土矿物微粒和有机质所吸附，其吸附能力的大小将影响铜在土壤中的迁移转 化。因此，研究土壤对铜的吸附作用及其影响因素具有非常重要的意义。不同土壤对铜的吸附能力不同，同一种土壤在不同条件下对铜的吸附能力也 有很大差别。而对吸附影响比较大的两种因素是土壤的组成和pH.。为此，本实验通过向土壤中添加一定数量的腐殖质和调节待吸附铜溶液的pH，分别测定上述两种因素对土壤吸附铜的影响。土壤对铜的吸附可采用Freundlich吸附等温式来描述。即:Q= K p1/n式中：Q土壤对铜的吸附量，mg/g；吸附达平衡时溶液中铜的浓度，mg/L；K，n经验常数，其数值与离子种类、吸附剂性质及温度等有关。将Freundlich吸附等温式两边取对数，可得：11g Q = lgK + lgpn以1gQ对1g p作图可求得常数K和n，将K、n代人Freundlich吸附等温式，便可确定该条件下的Freundlich吸附等温式方程，由此可确定吸附量（Q）和平衡浓度(p)之间的函数关系三、仪器和试剂1. 仪器原子吸收分光光度计；恒温振荡器；离心机；电子天平； 50 mL容量瓶52 个；250 mL容量瓶10个；50 mL塑料离心管12个；塑料针筒3支；针筒式滤 膜过滤器3个；玻璃棒；1mL、2mL、5mL、10mL吸量管；2试剂二氯化钙溶液(0.01 mol/L)；铜标准溶液(1000 mg/L)；铜标准溶液(50 mg/L); 硫酸溶液(0.5 mol/L);氢氧化钠溶液(1 mol/L); 一号土壤样品(钙基膨润土)；二 号土壤样品(钙基膨润土 +腐殖质)四、实验步骤1铜溶液配制铜标准系列溶液(pH=2.5):分别吸取 10.00、15.00、20.00、25.00、30.00 mL 的铜标准溶液于250 mL烧杯中，加0.01 mol/L CaCb溶液，稀释至240 mL,先 用0.5 mol/L H2SO4调节pH = 2,再以1 mol/L NaOH溶液调节pH= 2.5,将此溶 液移入250 mL容量瓶中，用0.01 mol/L CaCb溶液定容。该标准系列溶液浓度为 40.00、60.00、80.00、100.00、120.00 mg/L。按同样方法，配制pH= 5.5的铜标准系列溶液。2. 标准曲线的绘制吸取 50 mg/L 的铜标准溶液 0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00 8.00、10.00 mL分别置于50 mL容量瓶中，加2滴0.5 mol/L的H2SO4，用水定容，其浓度 分别为 0、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mg/L。然后在原子吸收分 光光度计上测定吸光度。根据吸光度与浓度的关系绘制标准曲线。原子吸收测定条件：波长：325. 0 nm；灯电流1 mA;光谱通带：20;增益粗调：0);燃气：乙炔；助燃气：空气；火焰类型：氧化型。3. 土壤对铜的吸附平衡时间的测定(1) 分别称取1、2号土壤样品各16份，每8份一组，每份0.8g于50 mL 容量瓶中。(2) 向4组样品中分别加入50 mg/L pH为2.5和5.5的铜标准溶液，定容。(3) 将上述样品在室温下进行振荡，分别在振荡10、20、30、45、60、80、100和120 min后，移入50 mL离心管，离心分离。离心10 min，迅速吸取上层 清液进行过滤，取10 mL滤液于50 mL比色管中，加2滴0.5 mol/L的H2SO4溶 液，用水定容后，用原子吸收分光光度计测定吸光度。(4) 以上内容分别用pH为2.5和5.5的100 mg/L的铜标准溶液平行操作。根据实验数据绘制溶液中铜浓度对反应时间的关系曲线，以确定吸附平衡所需时间。4. 土壤对铜的吸附量的测定(1) 分别称取1、2号土壤样品各10份，每份0.8g,分别置于50mL容量瓶 中。(2) 依次加入 50 ml pH 为 2.5 和 5.5、浓度为 40.00、60.00、80.00、100.00、 120.00 mg /L铜标准系列溶液，盖上瓶塞后置于恒温振荡器上。(3) 振荡达平衡后，取50 mL 土壤浑浊液于离心管中，离心10 min，吸取上 层清液进行过滤，取10 mL滤液于50 mL容量瓶中，加2滴0.5 mol/L的H2SO4 溶液，用水定容后，用原子吸收分光光度计测定吸光度。五、实验数据及数据处理1. 根据实验数据绘图确定两种土样达到吸附平衡所需时间2. 土壤对铜的吸附量可通过下式计算：Q = ()V1000 W式中：Q土壤对铜的吸附量，mg/g；P 0溶液中铜的起始浓度，mg /L；P溶液中铜的平衡浓度，mg/L；V 溶液的体积，mL;W 烘干土样重量，go由此方程可计算出不同平衡浓度下土壤对铜的吸附量。3. 建立土壤对铜的吸附等温线以吸附量(Q)对浓度(p )作图即可制得室温下不同 pH条件下土壤对铜的吸 附等温线。4. 建立Freundlich方程以1g Q对1gp作图，根据所得直线的斜率和截距可求得两个常数K和n,由此可确定室温时不同pH条件下不同土壤样品对铜吸附的 Freundlich方程。(1)绘制铜溶液标准曲线铜溶液浓 度 c mg/L0.000.501.002.004.006.008.0010.00吸光度A0.0047 ().0609 0.1262 0.2473 0.465)2 0.6545i 0.82800.9803铜溶液标准曲线浓度c mg/L所得铜溶液浓度计算公式为：c(Cu) = (A 0.0301)/ 0.1024(2) 土壤对铜的吸附平衡时间的测定1号土样pH=2.5 （所得溶液全部稀释十倍后再进行吸光度测定）样品编号12345678平衡时间t /h102030456080100120吸光度A0.09170.12090.13280.12510.11760.11820.16820.1318平衡浓度p mg/L0.690.971.091.010.940.951.431.08吸附量Qmg/g3.0823.0643.0573.0623.0663.0663.0363.0581号土样pH=5.5 （所得溶液全部稀释十倍后再进行吸光度测定）样品编号12345678平衡时间t /h102030456080100120吸光度A0.07080.26380.14740.16770.16470.16160.18030.1706平衡浓度 p mg/L0.402.281.151.341.311.281.471.37吸附量Qmg/g3.1002.9823.0533.0413.0433.0453.0333.0392号土样pH=2.5样品编号12345678平衡时间t /h102030456080100120吸光度A0.7790.56270.26770.47570.27960.35850.5450.2138平衡浓度 p mg/L7.315.202.324.352.443.215.031.79吸附量Qmg/g2.6682.8002.9802.8532.9732.9252.8113.0132号土样pH=5.5 （第一个样品所得溶液稀释5倍）样品编号12345678平衡时间t /h102030456080100120吸光度A0.21860.3335).1013 0.21250.1751 0.07100.10000.2161平衡浓度 p mg/L9.202.960.701.781.420.400.681.82吸附量Qmg/g2.5502.9403.0823.0143.0363.1003.0823.011由曲线可以看出 当pH=2.5时，1号样品在振荡时间为 45min、60min和80min时，吸附量都在3.070 mg/g左右。可认定平衡时间为60min。 当pH=5.5时，1号样品在振荡时间为 45min、60min和80min时，吸附量都在3.040 mg/g左右。可认定衡时间为60min。 当pH=2.5时，2号样品在振荡时间为 60min和80min时，吸附量都在 2.950 mg/g左右。可认定衡时间为 70min。 当pH=2.5时，2号样品在振荡时间为45min和60min时，吸附量都在 3.020 mg/g左右。可认定衡时间为 70min。(3) 土壤对铜的吸附量的确定1号样品的吸附量样品编号12345起始浓度p 0 mg/L40.0060.0080.00100.00120.00pH=2.5吸光度A0.16180.24750.33600.43480.4922平衡浓度p mg/L1.372.193.043.994.54吸附量Qmg/g0.0390.0580.0770.0960.115pH=5.5吸光度A0.16070.10170.35470.29830.2567平衡浓度p mg/L1.360.793.222.682.28吸附量Qmg/g0.0390.0590.0770.0970.1182号样品的吸附量样品编号12345起始浓度p 0 mg/L40.0060.0080.00100.00120.00pH=2.5吸光度0.15130.21720.29260.34260.1635平衡浓度p mg/L1.271.902.623.101.38吸附量Qmg/g0.0390.0580.0770.0970.119pH=5.5吸光度0.10050.03400.31420.09730.3241平衡浓度p mg/L0.780.142.830.752.92吸附量Qmg/g0.0390.0600.0770.0990.1172号样品吸附等温线0. 140pH=2 57，铜离子形成沉淀。对吸附量有明显的影响。土壤的组成中，若 有大量的胶体或是有SO4-2等阴离子，会使铜离子形成沉淀，造成影响。2.本实验得到的土壤对铜的吸附量应为表观吸附量，它应当包括铜在土壤表面上哪些作用的结果？答：范德华力、分子间作用力、离子吸附。