纳米SiO2对[Cu(NH3)4]2+的吸附研究中药学专业

纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附研究目 录摘要-1 前言12 材料与仪器22.1 材料与试剂22.2 仪器23 方法33.1 Cu(NH3)42+标准曲线制备33.2 单因素实验33.3 正交试验43.4 吸附动力学实验43.5 吸附等温曲线实验54 结果64.1 铜氨离子标准曲线64.2 Cu(NH3)42+初始浓度对吸附性能的影响74.3 吸附时间对吸附性能的影响84.4 温度对吸附率的影响94.5 纳米SiO2用量对吸附率的影响104.6 初始pH值对吸附率的影响114.7 正交试验研究114.8 吸附动力学研究134.9 吸附等温曲线研究145 结论166 讨论176.1 影响吸附效果的研究分析176.2 问题与展望18参考文献20综述21致谢27纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附研究摘要:目的 纳米二氧化硅具有较大的比表面积，表面带有大量羟基，能与阳离子配位结合，表现出较强的吸附能力，是一种理想的吸附材料。方法 本实验以吸附法为实验机理，研究了纳米SiO2在不同条件(初始浓度、时间、温度、吸附剂用量、初始pH值)下对Cu(NH3)42+吸附效果的影响。结果 吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型，其中初始pH值对吸附效果的影响显著，温度对吸附效果没有明显影响，实验测得在吸附剂用量为0.4g/25mL、温度为30、pH=11、吸附时间为90min的条件下，纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附率为54.94%达到最大值。结论 通过单因素实验、正交实验、吸附等温实验、吸附动力学实验等说明了纳米SiO2具有较强的吸附能力，能够用于络合重金属废水的处理，达到应用于工业废水初步处理的目的。关键词：纳米SiO2；铜氨离子；吸附I28Study on the adsorption of Cu(NH3)42+ by nano SiO2Abstract: Objective Nano silica has a large specific surface area, with a large number of hydroxyl groups on the surface, which can combine with the cation coordination and show strong adsorption capacity. It is an ideal adsorption material. Methods The effect of nano SiO2 on the adsorption of Cu(NH3)42+ under different conditions (initial concentration, time, temperature, adsorbent dosage and initial pH value) was studied in this experiment. Results The adsorption process conforms to the Langmuir model and the quasi two stage kinetic model, in which the initial pH value has significant influence on the adsorption effect, and the temperature has no obvious influence on the adsorption. The adsorption rate of SiO2 to Cu(NH3)42+ is 54.94% measured under conditions of the dosage of 0.4g/25mL, the temperature of 30, the pH=11, and the adsorption time of 90min, to reach the maximum value. Conclution The single factor experiment, orthogonal experiment, adsorption isothermal experiment and adsorption kinetics experiment show that the nano SiO2 has strong adsorption capacity. It can be used in the treatment of complex heavy metal wastewater and can be applied to the preliminary treatment of industrial wastewater.Keywords: Nanoscale SiO2; copper ammonia ion; adsorptionII1 前言金属元素广泛存在于自然界中，包括水体、土壤、空气、生物体等。生物体内含有微量的金属元素，能够平衡和协调生物体内的新陈代谢，但是当生物体内的金属含量累积到一定程度时，便能产生一系列的毒害反应。关于重金属污染的报道有许多，如河南济源千名儿童血铅超标事件、广西大新县重金属污染事件等等，以上例子说明，重金属污染已经严重影响我们的生活环境和危害人们的健康。随着工业科技进步，环境污染日益严重尤其是重金属的污染，加上重金属在环境中难以降解，并且能随着食物链逐步富集，最终在生物体内累积，对人体造成极大危害，因此对于重金属污染的治理刻不容缓。现阶段，为适应工业的发展以及保护环境，怎样有效预防和治理重金属污染成为我们最关心的问题。国家制定的重金属污染综合防治“十三五”规划在“十二五”规划的原有基础上加大力度的预防重金属污染和消除环境污染隐患。金属络合物是指金属离子或原子与配合物结合发生配位反应，含有能稳定存在的复杂离子络离子的金属化合物。铜是人类最早使用的金属之一，在工业上的使用也很广泛，如电镀业、冶炼业等。但是在电镀行业中，通常为了提高镀层的质量，往往需要在电镀液中加入络合剂1如EDTA、酒石酸盐、柠檬酸盐等，这些络合剂能与电镀液中的铜离子发生配位反应，并在一定pH范围内稳定存在。故废水中的成分多样化，由于络合态的铜离子比游离态的铜离子结构更复杂，且不易被分解，因此用一般的中和沉淀法难以去除完全2，需要寻找适合的络合铜废水处理方法。常用的重金属废水处理方法一般有：化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜过滤法等3。传统的化学沉淀法由于受沉淀剂和环境条件的影响，出水浓度往往达不到要求，需要进一步处理，亦容易引起二次污染；离子交换法虽然对环境无二次污染，但是离子交换剂容易氧化失效，再生频繁，操作费用高，不利于应用在大规模的工业废水处理；相对而言，吸附法应用于重金属废水处理具有成本低，操作简单等优点。吸附法也适用于金属络合物的废水处理，可以通过物理转换从而吸附、分离和富集金属离子。吸附剂的选择也很关键，不同吸附剂的吸附性能存在差异，需要根据被吸附物质的性质来选择合适的吸附剂，常用的吸附剂有：活性炭、沸石、壳聚糖、膨润土、生物吸附剂、纳米材料、离子交换树脂、高分子吸附剂等4。纳米材料作为新型材料应用于工业中，由于其具有较大的比表面积和较多的表面原子数的特性，从而表现出较强的吸附性能，引起广泛学者的关注5，可作为吸附剂应用于污水的处理。纳米材料是指结构单元尺寸介于1100nm之间的物质材料，纳米SiO2又称白炭黑，是世界上产量最大的一种纳米材料6，具有纳米材料的一般性能，其表面带有大量羟基，亲水性，能与水溶性阳离子结合，无需经过加工处理即可直接用于吸附金属离子。吸附后的纳米SiO2可用洗脱剂进行洗脱，洗脱后经烘干回收，仍具有较强的吸附能力，因此可用于痕量金属的分离富集7，故在重金属废水处理中具有节约成本的优势。本实验是以纳米SiO2为吸附剂，基于环保节约，采用未经加工处理的纳米SiO2吸附络合铜废水，研究在初始浓度、吸附时间、温度、吸附剂用量、初始pH值等不同条件下的吸附机理，寻找出最适宜的吸附条件优化吸附方法，从而达到应用于工业废水初步处理的目的。2 材料与仪器2.1 材料与试剂表2-1 实验材料名称厂家硫酸铜无锡市亚泰联合化工有限公司氨水广州化学试剂厂纳米二氧化硅上海阿拉丁生化科技股份有限公司2.2 仪器表2-2 实验仪器名称厂家万分之一天平深圳市朗普电子科技有限公司（型号：JJ224BC）低速大容量离心机上海安亭科学仪器厂（型号：TBL-40B）紫外/可见分光光度计上海市天美科学仪器有限公司恒温磁力搅拌器常州澳华仪器有限公司3 方法3.1 Cu(NH3)42+标准曲线制备3.1.1 Cu(NH3)42+标准溶液的配制准确称取4.0g分析纯硫酸铜CuSO45H2O，溶于少量蒸馏水中，加入过量氨水，移至1000mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，配制成16 mmol/L Cu(NH3)42+溶液，备用。3.1.2 绘制标准曲线精密量取上述16 mmol/L Cu(NH3)42+标准溶液0、25、37.5、50、62.5、75、87.5mL分别定容于7个100mL容量瓶中。在620nm波长8下测定吸光度，绘制铜氨离子标准曲线。3.2 单因素实验3.2.1 Cu(NH3)42+初始浓度对吸附性能的影响分别量取4mmol/L、6mmol/L、8mmol/L、10mmol/L、12mmol/L、14mmol/L、16mmol/L的Cu(NH3)42+溶液各25mL于7个锥形瓶中，加入0.4g纳米SiO2吸附90min，离心，取上清液，在620nm波长下分别测定其吸光度，用标准曲线法测定吸附后Cu(NH3)42+的浓度，与初始浓度相比，考察Cu(NH3)42+初始浓度对吸附率和吸附量的影响。3.2.2 吸附时间对吸附性能的影响量取16 mmol/L Cu(NH3)42 +标准溶液各25mL于11个锥形瓶中，加入0.4g纳米SiO2分别吸附5min、10min、20min、30min、45min、60min、75min、90min、120min、150min、180min，离心，取上清液，在620nm波长下分别测定其吸光度，用标准曲线法测定吸附后Cu(NH3)42+的浓度，与初始浓度相比，考察吸附时间对吸附率和吸附量的影响。3.2.3 温度对吸附率的影响量取16 mmol/L Cu(NH3)42 +标准溶液各25mL于5个锥形瓶中，加入0.4g纳米SiO2分别至于10、15、20、25、30下9吸附90min，离心，取上清液，在620nm波长下分别测定其吸光度，用标准曲线法测定吸附后Cu(NH3)42+的浓度，与初始浓度相比，考察温度对吸附率的影响。3.2.4 吸附剂用量对吸附率的影响量取16 mmol/L Cu(NH3)42 +标准溶液各25mL于13个锥形瓶中，分别加入0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g、0.9g、1g、1.5g、2g的纳米SiO2吸附90min，离心，取上清液，在620nm波长下分别测定其吸光度，用标准曲线法测定吸附后Cu(NH3)42+的浓度，与初始浓度相比，考察纳米SiO2用量对吸附率的影响。3.2.5 初始pH值对吸附率的影响量取16 mmol/L Cu(NH3)42 +标准溶液各25mL于7个锥形瓶中，室温下调节溶液pH值分别为8、9、10、11、12、13、14，加入0.4g纳米SiO2吸附90min，离心，取上清液，在620nm波长下分别测定其吸光度，用标准曲线法测定吸附后Cu(NH3)42+的浓度，与初始浓度相比，考察溶液初始pH值对吸附率的影响。3.3 正交试验正交试验的研究是通过正交表分析多因素实验，从全面的实验中挑选出部分具有代表性的点进行试验，找出最优的实验组合。根据单因素实验结果可知，纳米SiO2对Cu(NH3)42 +的吸附效果受温度、初始pH值、吸附剂用量的影响较为明显，故本次应用L9(34)正交表，对温度、初始pH值以及吸附剂用量三个影响因素进行优选10。量取16 mmol/L的Cu(NH3)42 +标准溶液各25mL，调节相应的温度、初始pH值和吸附剂用量进行组合吸附。离心，取上清液，在620nm波长下测定其吸光度，计算吸附率。3.4 吸附动力学实验吸附动力学实验是研究吸附剂对溶质的吸附速率，利用动力学模型对数据进行拟合，探讨实验的吸附机理。本实验采用准一级动力学模型和准二级动力学模型对吸附过程进行拟合11。准一级动力学模型：ln (qe-qt)=ln qe-k1t准二级动力学模型：t/qt=1/k2qe2+t/qe式中：k1为准一级动力学参数(min-1)k2为准二级动力学参数g(mgmin)-1qe为吸附平衡时的吸附量(mg/g)qt为t时刻吸附剂的吸附量(mg/g)实验中吸附动力学实验是判断纳米SiO2吸附性能的重要指标，研究过程如下：量取16 mmol/L的Cu(NH3)42 +标准溶液各25mL于11个锥形瓶，加入0.4g纳米SiO2，在室温、初始pH值保持不变的条件下分别吸附5min、10min、20min、30min、45min、60min、75min、90min、120min、150min、180min，离心，取上清液，在620nm波长下测定其吸光度，计算其吸附率，绘制吸附动力学曲线。3.5 吸附等温曲线实验吸附等温线是用来反映溶质浓度与吸附量关系的平衡曲线，金属离子常用的吸附等温式有Langmuir和Freundlich两种吸附模型11。Langmuir等温模型：Ce/qe =Ce/qm+1/(qmb)式中：Ce为吸附后的平衡浓度(mg/L)qe为吸附平衡时的吸附量(mg/g)qm为单位吸附剂表面盖满单分子层时的吸附量，即饱和吸附量(mg/g)b为吸附平衡常数Freundlich等温模型：lg qe =ln K+1/nlg Ce式中：Ce、qe意义同上K为Freundlich吸附系数n为Freundlich常数其研究过程如下：分3次量取4mmol/L、6mmol/L、8mmol/L、10mmol/L、12mmol/L、14mmol/L、16mmol/L的Cu(NH3)42 +标准溶液各25mL于7个锥形瓶中，加入0.4g纳米SiO2，保持初始pH值不变，分别在10、20、30下吸附平衡，离心，取上清液，在620nm波长下测定其吸光度，计算吸附率，绘制吸附等温线。4 结果4.1 铜氨离子标准曲线表4-1 Cu(NH3)42+标准曲线编号C(mol/L)A吸光度10020.0040.19030.0060.28040.0080.36850.0100.45460.0120.54270.0140.62980.0160.717图4-1 Cu(NH3)42+标准曲线根据实验测得数据对吸光度进行线性拟合，得到线性方程为A=43.80357C+0.01625，R2=0.999，表明Cu(NH3)42+在浓度为00.016mmol/L的区间内与吸光度呈现良好的线性关系。4.2 Cu(NH3)42+初始浓度对吸附性能的影响表4-2 Cu(NH3)42+初始浓度与吸附率的关系C(mol/L)A吸光度E吸附率(%)qe吸附量(mg/g)0.0040.04384.605.250.0060.05087.208.210.0080.08680.1710.070.0100.13971.9611.250.0120.21362.5811.750.0140.28556.1412.280.0160.36450.3712.61图4-2 Cu(NH3)42+初始浓度与吸附率的关系图4-3 Cu(NH3)42+初始浓度与吸附量的关系由实验所得，随着Cu(NH3)42+初始浓度的增大，纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附率先增后降，详见图4-2；纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附量一直增大，详见图4-3。说明随着Cu(NH3)42+初始浓度的增大，纳米SiO2的吸附速率增大，当达到最大值后逐渐减少，而吸附量则持续增加，逐渐达到饱和状态，饱和时的吸附量qm为13.39mg/g。由于分子间的相互作用力，导致纳米SiO2表面的羟基与铜氨离子发生相互作用而结合，产生吸附效果。当溶液中铜氨离子的浓度增加时，纳米SiO2表面的羟基与铜氨离子结合的数目增加，吸附量增加，但是当铜氨离子浓度增加到一定程度时，纳米SiO2表面分子趋于饱和，则吸附速率下降，吸附量增加的幅度减少。4.3 吸附时间对吸附性能的影响表4-3吸附时间与吸附率的关系t(min)A吸光度E吸附率(%)qe吸附量(mg/g)50.42242.1010.54100.40943.9511.00200.39845.5211.39300.39046.6611.68450.38147.9512.00600.37548.8012.21750.36949.6612.43900.36550.2312.571200.35651.5212.891500.34852.6613.181800.34553.0813.28图4-4 吸附时间与吸附率的关系根据实验测得，随着时间的增加，纳米SiO2的吸附率增加，吸附量增大。由表4-3可得，纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附速率快，在吸附时间为5min时吸附率便达到42.10%，而且当吸附时间从150min变化到180min，纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附量只增加了0.1mg/g。结合图4-4吸附时间与吸附率的关系曲线，由此说明吸附时间对吸附率的影响不大，纳米SiO2易达到吸附饱和状态。4.4 温度对吸附率的影响表4-4 温度与吸附率的关系T()A吸光度E吸附率(%)100.38846.95150.37448.95200.37049.52250.32356.22300.30958.22图4-5 温度与吸附率的关系根据实验数据可得，随着温度的升高，纳米SiO2的吸附率增大，详见图4-5。而且在不同温度下的吸附率都大于45%，可见温度的影响较小，因此，在应用于工业上的废水处理时，可在常温下进行吸附，节约能源。4.5 纳米SiO2用量对吸附率的影响表4-5 纳米SiO2用量与吸附率的关系m(g)A吸光度E吸附率(%)0.050.6637.710.10.61314.840.20.52028.110.30.43839.810.40.36550.230.50.29660.080.60.23968.210.70.19374.770.80.15680.050.90.12684.341.00.10088.051.50.06792.762.00.02299.18图4-6 纳米SiO2用量与吸附率的关系根据实验数据可得，随着纳米SiO2用量的增加，吸附率也逐渐增大，详见图4-6。说明随着吸附剂用量的增加，吸附速率逐渐增大，可达99.18%，由此可见纳米SiO2用量对吸附效果的影响较大，而且当纳米SiO2用量达到一定程度的时候，外界因素对吸附效果的影响可以忽略不计。因此，本实验经过筛选，为了能测定外界因素对吸附效果的影响，优化吸附条件，以及基于节约成本的初衷选择0.4g的纳米SiO2作为本实验所用吸附剂的用量。4.6 初始pH值对吸附率的影响表4-6 初始pH值与吸附率的关系pHA吸光度E吸附率(%)qe吸附量(mg/g)80.45537.399.3690.46336.259.07100.43340.5310.14110.36650.0912.54120.39845.5211.39130.42941.1010.28140.44938.249.57图4-7 初始pH值与吸附率的关系由图4-7可看出，初始pH值在8-14之间，随着pH值的增大，纳米SiO2的吸附率先减少再增加最后再减少。说明初始pH值对纳米SiO2吸附效果的影响较为明显，在pH值等于11时，纳米SiO2的吸附率和吸附量最大。陈丹等12通过实验测得，当铜氨离子溶液pH介于4-7.2之间时，容易形成沉淀，故本实验保持铜氨离子溶液的pH值在8以上，是防止产生氢氧化铜沉淀从而影响实验结果。4.7 正交试验研究表4-7 正交实验因素序号A纳米SiO2用量(g)B温度()C初始pH值10.310820.4201130.53014表4-8 正交实验结果实验号水平组合ABCD(空白)吸附率(%)1A1B1C1D10.3108121.402A1B2C2D20.32011242.103A1B3C3D30.33014332.114A2B1C3D20.41014234.395A2B2C1D30.4208335.106A2B3C2D10.43011154.947A3B1C2D30.51011347.668A3B2C3D10.52014146.669A3B3C1D20.5308243.81K1-95.61103.44100.31-K2-124.43123.83144.70-K3-138.13130.86113.16-k1-31.8734.4833.44-k2-41.4841.2848.23-k3-46.0443.6237.72-R-14.179.1414.79-主次：CAB；可能最优A3B3C2表4-9 正交实验SPSS分析主体间效应的检验因变量：吸附率变异来源型平方和df均方FSig.校正模型797.053a6132.84223.2440.042截距14253.972114253.9722494.0900.000纳米SiO2用量314.0262157.01327.4730.035温度135.208267.60411.8290.078初始pH值347.8182173.90930.4300.032误差11.43025.715-总计15062.4559-校正的总计808.4838-a. R方= 0.986 (调整R方=0 .943)由表4-8可看出，在水平组合结果为纳米SiO2用量0.4g/25mL、30、pH=11时，测得最大吸附率为54.94%；根据极差分析，可以判断出三种因素对吸附率的影响效果为：CAB，每个因素的最佳水平为：A纳米SiO2的用量为0.5g，B温度为30，C初始pH值为11，故其可能最优组合为A3B3C2，另外RC值最大，表明初始pH值对吸附率的影响最为显著；根据表4-9，SPSS结果分析，温度的P值为0.078，故P0.05，表明温度对吸附效果没有明显影响。4.8 吸附动力学研究表4-10 吸附动力学数据记录表时间(min)C0(mg/L)Ct(mg/L)qt(mg/g)ln (qe-qt)5400231.8610.541.0473210400224.4311.000.8712920400218.1411.390.6931530400213.5711.680.5364945400208.4312.000.3293060400205.0012.210.1655175400201.5712.43-0.0408290400199.2812.57-0.19845120400194.1412.89-0.69315150400189.5713.18-1.56065180400187.8613.28-2.20727图4-8 准一级动力学曲线图4-9 准二级动力学曲线表4-11 吸附动力学曲线拟合结果吸附动力学模型方程KqeR2准一级动力学ln(qe-qt)=1.1432-0.01737t0.017373.136790.97697准二级动力学t/qt=0.3024+0.07449t595.9670713.424620.99898从表4-11可看出，准二级动力学方程模型拟合的相关系数为0.99898，较准一级动力学方程模型的相关系数大，而且拟合得到平衡吸附量qe=13.42462mg/g与实际测得平衡时的吸附量qe=13.39mg/g比较接近，表明纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附过程更符合准二级动力学模型。4.9 吸附等温曲线研究表4-12 吸附等温线数据记录表温度()组数C0(mg/L)Ce(mg/L)qe(mg/g)Ce/qeln Celn qe10110026.144.575.71993.26361.5198215030.147.543.99733.40592.0196320053.009.255.72973.97032.2246425080.4310.617.58064.38742.36155300129.0010.7112.04484.85982.37166350169.0011.3214.92935.12992.42677400215.2811.5718.60675.37202.448520110019.864.964.00402.98861.6023215011.868.681.36642.47292.1608320031.8610.573.01423.46132.3582425058.1412.004.84504.06292.48495300101.5712.438.17144.62082.52006350138.7113.2110.50044.93242.58137400179.2813.8212.97255.18902.626230110014.145.322.665792.64921.671721505.579.070.61411.71762.2051320026.1410.932.39163.26362.3914425052.4312.364.24193.95942.5142530090.7113.116.91914.50772.57326350127.2813.939.13714.84642.63397400163.2814.8211.01755.09552.6961图4-10 吸附等温曲线 图4-11 10 L型吸附等温线性拟合 图4-12 10 F型吸附等温线性拟合 图4-13 20 L型吸附等温线性拟合 图4-14 20 F型吸附等温线性拟合 图4-15 30 L型吸附等温线性拟合 图4-16 30 F型吸附等温线性拟合表4-13 吸附等温曲线拟合结果温度()Langmuir等温式Freundlich等温式b(L/mol)qm(mg/g)R2K1/nR2100.03242813.392260.977882.011600.344860.68696200.04769515.332720.969693.558290.268640.50945300.06580115.845350.982114.815260.218250.49949根据实验测得数据，分别用Langmuir等温方程(简称L型)和Freundlich等温方程(简称F型)对吸附数据进行线性拟合分析，拟合结果如表4-13所示，其中L型等温方程的相关系数R2比较接近1，表明纳米SiO2对Cu(NH3)42+的等温吸附过程用L型吸附模型来拟合结果更佳，属于单分子层吸附。5 结论 本次实验以纳米SiO2为吸附剂，研究对Cu(NH3)42+的吸附行为，通过进行单因素实验、正交实验、吸附等温实验、吸附动力学实验等研究实验，考察了纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附效果以及实验的吸附机理。结合多种考察因素的实验结果，证明纳米SiO2具有良好的吸附性能，可用于铜氨络离子的吸附。研究结果表明，通过正交试验测得，当实验条件为：吸附剂用量为0.4g/25mL、温度为30、初始pH值为11、吸附时间为90min时的吸附率最大为54.94%，其中初始pH值对吸附效果的影响尤为显著，而温度对吸附效果没有明显影响；吸附等温模型符合Langmuir吸附模型，属于单分子层吸附；吸附动力学模型符合准二级动力学模型。6 讨论 6.1 影响吸附效果的研究分析由于纳米SiO2具有较大的比表面积，导致其可能具有吸附性，为了验证纳米SiO2的吸附性能，对本次实验进行了上述实验内容的探讨。本实验按照一般吸附类实验的设计思路进行，研究了Cu(NH3)42+初始浓度、纳米SiO2用量、吸附时间、温度、初始pH值等因素对吸附效果的影响，同时通过正交试验、吸附动力学实验、吸附等温实验来优化最佳吸附条件，具体分析如下：1.在进行正式实验前要进行预实验，确定好吸附条件因素再进行实验。预实验筛选：在制备Cu(NH3)42+标准溶液时，根据朗伯比尔定律，吸光度与试样浓度呈正比，为保证在测定区间内有良好的线性关系，需要调节溶液初始浓度，使吸光度保持在0.2-0.8区域之间，减少分析误差；在选择吸附剂用量时，选择吸附率适中且对外界因素影响不大的用量进行实验，节约吸附剂用量；在选择吸附时间时，要保证吸附率的同时又要节省时间。基于上述要求，预实验筛选最终选择如下：初始浓度为16 mmol/L Cu(NH3)42+标准溶液，纳米SiO2的用量为0.4g，吸附时间为90min。预实验的进行可以筛选出适合的实验条件，准确的控制无关变量，探索实验机理，减少实验过程中的出错，节约正式实验的时间和节省实验资源2.单因素实验中，溶液的初始浓度和吸附时间对吸附效果的影响属于正常范围内，相对而言影响较大的因素为温度、吸附剂用量、初始pH值。在研究初始pH值对吸附效果的影响时，其吸附率先升再降，可能是随着pH值增大，氢氧化铜逐渐转化为铜氨络合离子在溶液中稳定存在，故纳米SiO2对Cu(NH3)42+吸附率逐渐增大，吸附量增加，当溶液中的氢氧化铜全部转化为铜氨络合离子时，继续增大pH值，碱性增强，溶液中的OH-增多，与纳米SiO2表面的羟基竞争Cu(NH3)42+，因此吸附率下降，吸附量减少，实验测得当pH值为11时，其吸附率和吸附量最大。在研究吸附剂用量对吸附性能的影响时，随着用量的增加，吸附率逐渐增大，当吸附剂用量达到一定值时，外界因素对吸附效果无影响，则本实验就没有研究的意义，因此需要选择合适的用量，使其对吸附效果有影响，但不干扰外界因素对吸附效果的影响。在研究温度对吸附性能的影响时，介于温度的影响相对另外2个因素的影响较小，只需控制好吸附的温度保持恒温即可。3.正交实验的目的是为了筛选出最佳的吸附条件，单因素实验中的实验条件是基于预实验作出的初步选择，不能轻易下结论，相对而言正交实验所得结果比较有说服力。由于正交实验进行了方差结果分析，可以准确判断某一个因素对吸附效果影响的显著性，而且正交实验筛选出的条件与单因素实验所用的实验条件相接近，说明本实验的实验条件基本符合实验项目的要求，故单因素实验的结果具有一定的参考价值。4.吸附动力学实验和吸附等温实验能够确定出本实验的实验模型，方便后续对实验机理的探讨。纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型，又因为L型吸附模型属于单分子层吸附，可进一步说明纳米SiO2表面的羟基能与Cu(NH3)42+结合产生吸附。通过吸附动力学实验，测得的理论平衡吸附量qe为13.42462mg/g，虽然与单因素实验测得的平衡吸附量qe=13.39mg/g相接近，但还是没有完全达到吸附饱和状态。而吸附等温实验测得在10、20、30下的理论平衡吸附量qm分别为：13.39226mg/g、15.33272mg/g、15.84535mg/g，10下测得的理论平衡吸附量与单因素测出来的实际平衡吸附量qe=13.39mg/g相一致，进行单因素实验时的室温在10左右，由此说明温度可能影响其平衡吸附量。6.2 问题与展望本实验测定的项目较多，但是为保证实验测得数据的准确性，需要进行平行实验，取实验数据平均值作为最终实验结果，减少由于环境因素造成的偶然误差。纳米SiO2具有小尺寸效应的性能，其粒径较小，质量轻，当大量应用于工业时，难以回收利用，在实际的应用中受到了很大的限制。基于纳米SiO2的稳定性好，不溶于水，分散性好，能在溶液中分散均匀，故在水处理中有着良好的发展前景。工业上常常把纳米二氧化硅制备成微球，增大表面积的同时能方便回收利用。纳米SiO2作为新型材料在各行业领域中具有较大的发展空间，尤其是在水处理的应用中，还有许多待发掘的潜能。纳米材料大多亲水性，部分经改性后亲油性，能应用于其他领域。本实验对于纳米SiO2的基本特性进行了多方面的探讨，但实验设计仍存在不足的地方，实验测出的实验机理不够说服力，需要进行更深入的研究探讨。参考文献1 荆运洁,陈方平,胡余沛.络合物镀镍液中柠檬酸盐分析方法的研究J.科技与生活,2010,(10):106.2 陈文松,宁寻安.络合铜废水处理技术J.水处理技术,2008(06):1-3.3 Fu Fenglian, Wang Qi. Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review J. Journal of environmental management,2011,92(3):407-418.4 张帆,李菁,谭建华,等.吸附法处理重金属废水的研究进展J.化工进展,2013,32(11):2749-2756.5 孙伟民,张广成,李俨,等.纳米材料在水处理中的应用J.材料开发与应用,2011,26(04):65-69.6 禹坤纳米二氧化硅的生产及应用现状J现代技术陶瓷，2005(04):28-32.7 周方钦,唐壮娜,毛燕芬,等.纳米TiO2/SiO2复合材料的制备及其对痕量镉的吸附性能研究J.湘潭大学自然科学学报,2012,34(04):67-71+88.8 黄业初.差示光度法测定黄铜中铜J.分析试验室,1985(05):62.9 单宝田,张爱滨,胡立阁,等.沸石对重金属废水中Cu(NH3)42+的吸附性能研究J.水处理技术,2002(04):207-209.10 李珠柱,文利雄,黎颖,等.正交实验法优化空心多孔SiO2纳米球对阿维菌素的吸附条件J.过程工程学报,2006(01):82-86.11 N. Ngayila, J.P. Basly, A.H. Lejeune, etal. Biomonitor of Metal Pollution and Water Quality. Sorption/Accumulation Capacities and Photosynthetic Pigments Composition Changes after Copper and Cadmium Exposure J. Science of the Total Environment. 2007,373(2-3): 564-571.12 陈丹,于义忠,朱化军,等.从铜氨废液中回收铜J.化工环保,2008(02):158-161.综 述纳米SiO2用作药物载体的研究进展本课题研究了纳米SiO2对Cu(NH3)42+的吸附性能，是对纳米SiO2的小尺寸效应、表面能高、比表面积大等性质的探讨，进一步说明纳米SiO2具有较好的吸附性和分散性。利用此特性，可将纳米SiO2应用于生物医药行业等领域中，用作药物的载体，起缓释作用，从而提高药效的持久性1。而且实验使用的纳米SiO2粒径为15nm，属于介孔材料的范畴，符合药物载体粒径的要求。所以本文通过查阅多方文献，在本实验的基础上进一步探讨纳米SiO2在生物医药行业中的应用，研究进展综述如下。1 纳米SiO2的性质纳米SiO2是一种外观为无定型白色粉末的无机化工材料，微结构为球形，呈絮状和网状的准颗粒结构，属于超细纳米级，其尺寸介于1100nm之间，根据孔径的大小可以分为微孔、介孔、大孔3种材料类型。纳米SiO2表面带有羟基，表面原子数多，表面能高，比表面积大；同时表面原子具有不饱和性，能与金属离子结合，从而表现出较强的吸附性能2；纳米SiO2本身具有小尺寸效应，而介孔纳米SiO2的孔隙率高，孔道规则，孔径均一，骨架结构稳定，因此稳定性好3。2 纳米SiO2在医药行业上的应用纳米技术是指研究尺寸在1100nm范围内材料的性质和应用的一种技术。纳米技术包含4个方面：纳米材料、纳米动力学、纳米生物学和纳米药物学、纳米电子学4。随着纳米技术的成熟，许多行业都涉及到纳米技术，而纳米材料的应用也逐渐现代化。当纳米技术与医药技术结合时，可产生巨大的成效，其应用如下：纳米诊断技术、纳米药物载体和纳米药物、纳米中药等5。纳米技术的发展以及纳米药物载体的应用，解决了许多传统医药领域的难题，可大大改善药物的稳定性和延长药物的缓释时间。纳米技术在医药行业中的应用还有许多方面的探讨，故本次围绕纳米用作药物载体这一课题重点展开研究。2.1 纳米SiO2的发展前景纳米SiO2是具有优越应用前景的一种纳米材料，其应用范围非常广泛，如：电子封装材料、树脂复合材料、塑料、涂料、橡胶、染料、陶瓷、药物载体、化妆品、抗菌材料等。目前，纳米SiO2是纳米材料中产量最大的一种6，故较其他纳米材料的应用更具优势。纳米SiO2具有独特网状孔道的结构特征和物理化学性质，较大的比表面积，在高温下仍具有强度、韧度、稳定性高以及易于表面修饰的特点，尤其是介孔二氧化硅纳米粒，可用于药物控释系统的研究7。因此，纳米SiO2在生物医药领域有着突出的应用前景，但随着纳米SiO2的大量应用以及用作药物载体与人体接触时间的日益增加，其安全性亦受到广泛的关注，所以在今后的发展中纳米SiO2除了在医药行业方面的应用，其安全性和毒性也是一个备受关注且很重要的研究方向。2.2 纳米SiO2用作药物载体在药剂学领域中，很早就出现了纳米粒的研究，纳米粒可分为纳米药物载体和纳米药物两大类8。纳米药物载体是指溶解或分散有分子药物的纳米颗粒，包括纳米球、纳米囊、纳米脂质体等；药物载体则是指直接将原料药物加工成纳米颗粒。由于纳米SiO2具有良好的生物相容性，常被用于药物载体的研究。介孔二氧化硅因其较大的表面积和较强的吸附性能，能够将药物分子负载于其孔道内部，从而实现缓慢持续的释放药物9。又因为纳米二氧化硅表面带有的羟基亲水性，可用硅烷偶联剂对其进行表面改性处理，改性后既不会破坏其介孔结构，同时又便于产生表面基团与药物分子之间的相互作用力，在可以提高药物的负载量的同时，又能够有效调控药物的释放，使其达到更长效缓释。其具体应用如下并举例说明：1.调节药物的释药速度，达到缓控释效果。到达靶部位的载药纳米粒，可根据不同载体材料或配比而有不同的释药速度。通过调整载体材料的种类和配比，或用亲水性材料进行表面修饰，可达到调节药物的释放速度和缓控释的效果。如崔媛等10，以实心的二氧化硅纳米微球作为原材料，制备出多孔纳米二氧化硅微球，在二氧化硅球的内部形成了多孔道，但外形没有任何实质的变化。同时利用多孔状的纳米硅球对胰岛素进行了担载和释放试验，研究表明经过溶蚀得到的纳米硅球对胰岛素的担载能力增强，释放速率降低，说明纳米二氧化硅经过溶蚀处理后可以作为一种药物的微胶囊载体。可将纳米中药和纳米载体制成缓释剂，药物-载体复合物通过某种方式进入到体内。因为纳米载体可以对抗药物降解酶对药物的降解，能够保护药，从而增加了药物的半衰期，延长药物对人体的作用时间。如Alvarez等11，制备出用香豆素修饰的介孔二氧化硅纳米粒，从而实现MSN的光响应释药。实验是通过香豆素将环糊精接在介孔二氧化硅的孔道上，封闭药物，只有在特定波长光的激发下，才能降解香豆素从而使环糊精脱落，使孔道暴露，最终实现药物的释放。2.改善药物的体内分布，改变药代动力学，达到靶向定位给药。药物粉末或溶液以纳米粒作为载体，包埋于直径为纳米级的微粒中，从而改变药物在体内的分布，改善药动学性质，提高药物的疗效，降低其毒副作用。如肖敏12制备出载紫杉醇介孔二氧化硅纳米粒(MSN)，用小鼠做测试，采用活体成像技术观察载体在小鼠内的动态分布过程，对其靶向性和药动学进行了研究。研究表明以CTAB和CaCO3为模板剂制备出的介孔二氧化硅表明经脂质修饰后可产生肝靶向作用，实现提高生物利用度，降低毒性，提高疗效的作用。又如Kreuter13用吐温-80对纳米粒进行表面修饰，可跨越血脑屏障，显著的提高脑内药物的浓度，实现脑位靶向。3.增加药物溶解度，提高其生物利用度。介于载药纳米粒的粘附性和其较小的粒径，有利于局部用药时滞留性的增加，提高药物与肠壁的接触时间和接触面积，提高药物口服吸收的生物利用度。如王天怡等14，制备了尼莫地平(NMP)/介孔二氧化硅纳米固体分散体，通过提高尼莫地平的溶出速率，从而改善尼莫地平的生物利用度。因为纳米中药较大的比表面积，可增大其暴露在介质中的表面积，进而促进药物的溶解，加上粒径的减少，扩大了药物在体内的分布，提高了药物的生物利用度。如王晓波等15用家兔对纳米雄黄药动学进行了研究，将纳米级雄黄粉体与传统雄黄作比较，发现其药代动力学发生明显的变化，吸收相增大而消除相减少，结果表明纳米雄黄在达峰时间、峰浓度、半衰期、生物利用度等方面比传统雄黄更具优势。上述介绍了纳米二氧化硅用作药物载体时比较突出的几点应用，而且以上例子说明纳米二氧化硅在药物载体领域有一定的应用前景。基于纳米二氧化硅在药剂学上有更多其他方面的应用，在这里就不一一叙述。3 小结通过查阅文献并展开研究，了解到纳米SiO2在药剂学中的应用具有广阔的前景16。目前，纳米技术在医药领域上的研究进展突飞猛进，为今后中药的研究和开发带来了许多新的希望。由此可见纳米技术的发展，是医药行业的技术性收获，但同时我们也要面临很多未知问题的挑战，相信纳米技术的应用以及纳米材料的安全性和可控性的研究，是未来科技进步的重要发展方向。我相信，未来不管纳米SiO2是应用在医药行业中，还是在工业水处理中的应用，都能充分发挥其优越的性能，为人类带来更多的效益，而且随着科技的发展和更多深入的研究，其在各行业领域中的应用将会越来越广泛。参考文献1 杨燕.用作药物载体的纳米复合材料的制备及初步载药性能研究D.湖北科技学院,2016.2 刘元伟,张红红,谢彦.沸石负载纳米二氧化硅对Cd2+的吸附动力学J.环境工程学报,2015,9(05):2243-2246.3 王俊伟.介孔纳米二氧化硅作为药物载体的研究进展J.中国基层医药,2014,(8):1265-1267.4 李梦云,司丽芳,李健,郭建军,李会芳.纳米技术在医学领域的研究应用J.畜牧与饲料科学,2014,35(12):56-58.5 曲秋莲,张英鸽.纳米技术和材料在医学上应用的现状与展望J.东南大学学报(医学版),2011,30(01):157-163.6 禹坤.纳米二氧化硅的生产及应用现状J.现代技术陶瓷,2005(04):28-32.7 肖正林,刘珍宝,王婷,等.介孔二氧化硅纳米粒介导的药物传递系统及其生物安全性的研究进展J.中国医药工业杂志,2013,44(01):81-87.8 马国,邓盛齐.纳米技术在药学中的研究应用进展J.国外医药(抗生素分册),2004(05