实验二十一 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＝Kρ

1/n

式中：Q——土壤对铜的吸附量，mg/g；

ρ——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： 1g Q = lgK +

1nlgρ

以1gQ对1gρ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(ρ)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 CaCl2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 CaCl2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 =

(???0)V1000W

式中：Q——土壤对铜的吸附量，mg/g； ρ0——溶液中铜的起始浓度，mg /L； ρ——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，g。

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(ρ)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1gρ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0.00 度c mg/L 吸光度 A

0.50 1.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 0.0047 0.0609 0.1262 0.2473 0.4652 0.6545 0.8280 0.9803

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