土壤对铜的吸附实验（数据处理版）

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

①1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 1 2 3 4 5 6 7 8 平衡时间 10 20 30 45 60 80 100 120 t /h 吸光度A 0.0917 0.1209 0.1328 0.1251 0.1176 0.1182 0.1682 0.1318 平衡浓度 0.69 0.97 1.09 1.01 0.94 0.95 1.43 1.08 ρ mg/L 吸附量Q 3.082 3.064 3.057 3.062 3.066 3.066 3.036 3.058 mg/g

②1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 1 2 3 4 5 6 7 8 平衡时间 10 20 30 45 60 80 100 120 t /h 吸光度A 0.0708 0.2638 0.1474 0.1677 0.1647 0.1616 0.1803 0.1706 平衡浓度 0.40 2.28 1.15 1.34 1.31 1.28 1.47 1.37 ρ mg/L 吸附量Q 3.100 2.982 3.053 3.041 3.043 3.045 3.033 3.039 mg/g

③2号土样pH=2.5 样品编号 1 平衡时间 t /h 吸光度A 平衡浓度ρ mg/L 吸附量Q mg/g

④2号土样pH=5.5（第一个样品所得溶液稀释5倍） 样品编号 平衡时间 t /h 吸光度A 平衡浓度 ρ mg/L 吸附量Q mg/g 1 10 2 20 3 30 4 45 5 60 6 80 7 100 8 120 10 0.779 7.31 2 20 3 30 4 45 5 60 6 80 7 100 8 120 0.2138 1.79 0.5627 0.2677 0.4757 0.2796 0.3585 0.545 5.20 2.32 4.35 2.44 3.21 5.03 2.668 2.800 2.980 2.853 2.973 2.925 2.811 3.013 0.2186 0.3335 0.1013 0.2125 0.1751 0.0710 0.1000 0.2161 9.20 2.96 0.70 1.78 1.42 0.40 0.68 1.82 2.550 2.940 3.082 3.014 3.036 3.100 3.082 3.011

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