ZnO/Al2O3復(fù)合粉體對(duì)Cu2+的吸附研究

高友君，陳政

(賀州學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西賀州 542899)

隨著冶煉、采掘、電鍍和皮革等行業(yè)的發(fā)展，重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染日漸被人們重視起來。處理重金屬廢水的方法也層出不窮，有吸附法［1-3］、離子交換法［4］、電解法［5-6］、反滲透法［7］、膜分離［8］及生物處理法［9］。其中，吸附法因其操作簡單、成本低、去除率高等優(yōu)點(diǎn)已成為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

無機(jī)粉體材料尤其是納米材料因具有較大的比表面積，逐漸成為人們關(guān)注的吸附劑種類之一。ZnO/Al2O3復(fù)合粉體多被應(yīng)用于光催化、介電等領(lǐng)域［10-14］，但在吸附方面的研究報(bào)道較少［15］。本文采用共沉淀法制備 ZnO/Al2O3復(fù)合粉體，用于吸附Cu2+，探究了吸附的影響因素。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

ZnSO4·7H2O、Al2(SO4)3·18H2O、NaOH、Cu-SO4·5H2O、鹽酸、無水乙醇、乙二胺四乙酸、氯化銨、氨水、三氯甲烷、聚乙二醇均為分析純。

SX2-5-12馬弗爐;JB-3A型恒溫定時(shí)磁力攪拌器;pH計(jì);SP-722型可見光光度計(jì);DGF301-HG101-2A型電熱鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 氧化鋅/氧化鋁復(fù)合粉體的制備 參考文獻(xiàn)［14］的合成方法，根據(jù) ZnO∶Al2O3(質(zhì)量比)=9∶1，4∶1，7∶3，3∶2，1∶1 制備5 種 ZnO/Al2O3復(fù)合粉體。按比例量取一定體積的ZnSO4和Al2(SO4)3溶液，并添加一定量的聚乙二醇6000，磁力攪拌并加熱至50℃，恒溫滴加NaOH溶液，調(diào)節(jié)混合液的pH=9，陳化1 h后離心分離，所得沉淀用蒸餾水和無水乙醇各洗滌3次，將沉淀置于烘箱干燥，研磨后放進(jìn)馬弗爐，在400℃的條件下煅燒4 h，最后得到ZnO/Al2O3復(fù)合粉體。

1.2.2 Cu2+標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 參考文獻(xiàn)［16］，取0.0，0.5，1.0，1.5，2.0，3.0 μg/mL Cu2+溶液各20 mL，然后各加入5 mL乙二胺四乙酸溶液，5 mL氯化銨-氨水緩沖溶液，5 mL二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶液，搖勻，靜置5 min。準(zhǔn)確加入10.00 mL三氯甲烷，振蕩1 min，靜置，顯色后于1 h內(nèi)完成測定。

取萃取液于2 cm比色皿中，以試劑空白作為參比，通過分光光度計(jì)在440 nm波長處，測量吸光度，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的Cu2+濃度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖1。

圖1 Cu2+標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of Cu2+

1.2.3 吸附實(shí)驗(yàn) 移取20 mL 1.0 μg/mL的 Cu-SO4溶液，加入一定量的ZnO/Al2O3復(fù)合粉體，磁力攪拌10 min，靜置30 min，離心后移取上清液。依次加入5 mL乙二胺四乙酸溶液、5 mL氯化銨-氨水緩沖溶液和5 mL二乙基二硫代氨基甲酸鈉溶液，搖勻;再加入10.00 mL三氯甲烷，顯色后測定吸光度，并通過標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定換算出吸附后溶液中重金屬的濃度，由吸附率公式(1)算出吸附率D。

其中，C0為吸附前的Cu2+濃度，C為吸附后的Cu2+濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同樣品及投加量對(duì)吸附效果的影響

在25℃，pH=7的條件下，將按不同質(zhì)量比制成的5 種樣品，分別稱取 10，20，30，40，50 mg 放入20 mL 1.0 μg/mL 的 CuSO4溶液中，吸附一定時(shí)間后測定其吸光度，結(jié)果見圖2。

圖2 吸附率與樣品和投加量的關(guān)系Fig.2 The effects of sample composites and dosages on adsorption rate

由圖2可知，按不同比例制備的ZnO/Al2O3復(fù)合粉體對(duì)Cu2+的吸附效果不同，樣品一、樣品二、樣品五在投加量＜30 mg時(shí)吸附率逐漸增大，至30 mg時(shí)達(dá)到最大吸附率;樣品三在40 mg之前吸附率逐漸增大，40 mg時(shí)達(dá)到飽和;樣品四的吸附率在20 mg時(shí)已達(dá)到飽和，之后隨著投加量的增加不再發(fā)生變化。從整體上看樣品二對(duì)Cu2+的吸附率最高可達(dá)88.74%，故選擇樣品二為最佳吸附樣品。

2.2 pH對(duì)吸附效果的影響

在25℃，使用樣品二，投加量為30 mg，調(diào)節(jié)溶液 pH 值分別為 4，5，6，7，8，吸附一定時(shí)間后測定其吸光度，結(jié)果見圖3。

圖3 吸附率與pH的關(guān)系Fig.3 The effects of pH values on adsorption rate

由圖3可知，不同pH值條件下ZnO/Al2O3復(fù)合粉體對(duì)Cu2+的吸附率先增大后減小。ZnO/Al2O3復(fù)合粉體屬于兩性氧化物，既溶于酸又溶于堿，所以溶液酸性或堿性過大都會(huì)對(duì)吸附效果造成一定的影響。當(dāng)pH ＜6的時(shí)候，可能由于ZnO/Al2O3復(fù)合粉體的部分溶解導(dǎo)致對(duì)Cu2+的吸附率不高;當(dāng)pH=6時(shí)，此時(shí)吸附效果最好，吸附率達(dá)到90.62%;而隨著pH的增大，可能由于溶液中的Cu2+與 OH－形成了顯色更明顯的［Cu(OH)4］2－，導(dǎo)致了吸附率的降低。所以選擇最佳pH為6。

2.3 振蕩時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

在25℃，使用樣品二，投加量為30 mg，pH=6的條件下，選取不同的振蕩時(shí)間 2，5，10，15，20 min，后測定其吸光度，結(jié)果見圖4。

圖4 吸附率與振蕩時(shí)間的關(guān)系Fig.4 The effects of reaction time on adsorption rate

由圖4可知，ZnO/Al2O3復(fù)合粉體對(duì)Cu2+的吸附隨著振蕩時(shí)間的延長，吸附率逐漸增大，在15 min時(shí)吸附可達(dá)飽和，此時(shí)最大吸附率為 91.8%。15 min之后吸附率略有降低，這可能是由于部分Cu2+發(fā)生了解吸，所以對(duì) Cu2+的吸附振蕩時(shí)間15 min為最佳條件。

2.4 溫度對(duì)吸附效果的影響

使用樣品二，投加量為30 mg，pH=6，把溶液于恒溫磁力攪拌器上分別加熱到20，30，40，50，60℃，振蕩時(shí)間為15 min后測定其吸光度，結(jié)果見圖5。

圖5 吸附率與溫度的關(guān)系Fig.5 The effects of reaction temperature on adsorption rate

由圖5可知，隨著溫度升高ZnO/Al2O3復(fù)合粉體對(duì)Cu2+的吸附率隨著溫度升高先增大后減小。在40℃時(shí)吸附率達(dá)到最高值92.5%，當(dāng)溫度 ＞40℃時(shí)，吸附率又急劇下降。這可能是由于溫度過高時(shí)離子及分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致吸附平衡受到破壞，更多的Cu2+解吸出來，導(dǎo)致吸附率下降，所以吸附最佳溫度為40℃。

3 結(jié)論

(1)采用共沉淀法制備ZnO/Al2O3復(fù)合粉體，按ZnO∶Al2O3不同的質(zhì)量比制成的樣品中以 ZnO∶Al2O3(質(zhì)量比)為4∶1的樣品二的吸附效果最好。

(2)ZnO/Al2O3復(fù)合粉體對(duì)Cu2+有較好的吸附效果，最佳吸附條件是在樣品二投加量為30 mg，pH=6，振蕩時(shí)間為15 min，溫度為40℃，吸附率達(dá)到92.5%。

［1］Nethaji S，Sivasamy A.Removal of hexavalent chromium from aqueous solution using activated carbon prepared from walnut shell biomass through alkali impregnation processes［J］.Clean Technologies and Environmental Policy，2014，16(2):361-368.

［2］鄭文釗，胡巧開，陳芳，等.改性香蕉皮對(duì)Pb2+的吸附研究［J］.離子交換與吸附，2013，29(5):440-448.

［3］劉凱，劉敬勇，謝永彬，等.改性甘蔗渣制備活性炭對(duì)水中Cr(VI)的吸附研究［J］.電鍍與精飾，2013，35(3):41-46.

［4］羅斌，董宏宇，梁偉新，等.離子交換回收電鍍廢水中六價(jià)鉻的研究［J］.廣州化工，2010(3):96-99.

［5］蘇彤，陸鋼，李朝林.微電解處理含鎳模擬電鍍廢水［J］.電鍍與涂飾，2011，30(6):38-41.

［6］周杰，陳禾逸，魏俊，等.鐵碳微電解處理含鉻廢水的試驗(yàn)研究［J］.電鍍與涂飾，2013，32(6):43-45.

［7］吳昊，張盼月，蔣劍虹，等.反滲透技術(shù)在重金屬廢水處理與回用中的應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，2012，27(6):6-9.

［8］張連凱，張尊舉，張一婷，等.膜分離技術(shù)處理印制電路板重金屬廢水應(yīng)用研究［J］.水處理技術(shù)，2011，37(7):127-129，136.

［9］羅麗卉，謝翼飛，劉慶華，等.生物硫鐵生成菌的選育及其在重金屬廢水處理中的應(yīng)用［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2012，18(1):115-121.

［10］陳淑剛，許林峰，王書媚，等.鋁摻雜超細(xì)氧化鋅粉體的制備與性能研究［J］.人工晶體學(xué)報(bào)，2013，42(2):322-327.

［11］曲華.納米氧化鋅/γ-氧化鋁復(fù)合物制備及其光催化性能研究［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2011，43(12):32-35.

［12］朱協(xié)彬，汪海濤，尹大鵬，等.ZAO粉體制備及其電導(dǎo)率性能研究［J］.功能材料，2011，42(4):668-670，674.

［13］鄒科.ZnO納米材料的鋁、稀土元素?fù)诫s及其光學(xué)和電學(xué)性能研究［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2011.

［14］李征.液相法制備摻鋁氧化鋅導(dǎo)電材料［D］.石家莊:河北師范大學(xué)，2006.

［15］高友君，陳政.氧化鋅/氧化鋁復(fù)合粉體的制備及其Cr(III)的吸附［J］.應(yīng)用化工，2015，44(3):460-462.

［16］戴永盛，裴如俊，戴惠.銅試劑分光光度法測定銅在電鍍中的應(yīng)用(I)——電鍍廢水中銅的測定［J］.電鍍與精飾，2008，30(1):39-40，43.