土壤对铜的吸附实验数据处理版.docx
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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＝Kρ1/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：
1gQ=lgK+
lgρ
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；50mL容量瓶52个；250mL容量瓶10个；50mL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（0.01mol/L）；铜标准溶液（1000mg/L）；铜标准溶液（50mg/L）；硫酸溶液（0.5mol/L）；氢氧化钠溶液（1mol/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、30.00mL的铜标准溶液于250mL烧杯中，加0.01mol/LCaCl2溶液，稀释至240mL，先用0.5mol/LH2SO4调节pH＝2，再以1mol/LNaOH溶液调节pH＝2.5，将此溶液移入250mL容量瓶中，用0.01mol/LCaCl2溶液定容。
该标准系列溶液浓度为40.00、60.00、80.00、100.00、120.00mg/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50mg/L的铜标准溶液0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL分别置于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/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、10.00mg/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：
325.0nm；灯电流1mA；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50mL容量瓶中。
（2）向4组样品中分别加入50mg/LpH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120min后，移入50mL离心管，离心分离。
离心10min，迅速吸取上层清液进行过滤，取10mL滤液于50mL比色管中，加2滴0.5mol/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100mg/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50mlpH为2.5和5.5、浓度为40.00、60.00、80.00、100.00、120.00mg/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50mL土壤浑浊液于离心管中，离心10min，吸取上层清液进行过滤，取10mL滤液于50mL容量瓶中，加2滴0.5mol/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=
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1gQ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
铜溶液浓度cmg/L
0.00
0.50
1.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
吸光度A
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t/h
10
20
30
45
60
80
100
120
吸光度A
0.0917
0.1209
0.1328
0.1251
0.1176
0.1182
0.1682
0.1318
平衡浓度ρmg/L
0.69
0.97
1.09
1.01
0.94
0.95
1.43
1.08
吸附量Qmg/g
3.082
3.064
3.057
3.062
3.066
3.066
3.036
3.058
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t/h
10
20
30
45
60
80
100
120
吸光度A
0.0708
0.2638
0.1474
0.1677
0.1647
0.1616
0.1803
0.1706
平衡浓度ρmg/L
0.40
2.28
1.15
1.34
1.31
1.28
1.47
1.37
吸附量Qmg/g
3.100
2.982
3.053
3.041
3.043
3.045
3.033
3.039
③2号土样pH=2.5
样品编号
1
2
3
4
5
6
7
8
平衡时间t/h
10
20
30
45
60
80
100
120
吸光度A
0.779
0.5627
0.2677
0.4757
0.2796
0.3585
0.545
0.2138
平衡浓度ρmg/L
7.31
5.20
2.32
4.35
2.44
3.21
5.03
1.79
吸附量Qmg/g
2.668
2.800
2.980
2.853
2.973
2.925
2.811
3.013
④2号土样pH=5.5（第一个样品所得溶液稀释5倍）
样品编号
1
2
3
4
5
6
7
8
平衡时间t/h
10
20
30
45
60
80
100
120
吸光度A
0.2186
0.3335
0.1013
0.2125
0.1751
0.0710
0.1000
0.2161
平衡浓度ρmg/L
9.20
2.96
0.70
1.78
1.42
0.40
0.68
1.82
吸附量Qmg/g
2.550
2.940
3.082
3.014
3.036
3.100
3.082
3.011
由曲线可以看出
①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3.070mg/g左右。
可认定平衡时间为60min。
②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3.040mg/g左右。
可认定衡时间为60min。
③当pH=2.5时，2号样品在振荡时间为60min和80min时，吸附量都在2.950mg/g左右。
可认定衡时间为70min。
④当pH=2.5时，2号样品在振荡时间为45min和60min时，吸附量都在3.020mg/g左右。
可认定衡时间为70min。
（3）土壤对铜的吸附量的确定
①1号样品的吸附量
样品编号
1
2
3
4
5
起始浓度ρ0mg/L
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
pH=2.5
吸光度A
0.1618
0.2475
0.3360
0.4348
0.4922
平衡浓度ρmg/L
1.37
2.19
3.04
3.99
4.54
吸附量Qmg/g
0.039
0.058
0.077
0.096
0.115
pH=5.5
吸光度A
0.1607
0.1017
0.3547
0.2983
0.2567
平衡浓度ρmg/L
1.36
0.79
3.22
2.68
2.28
吸附量Qmg/g
0.039
0.059
0.077
0.097
0.118
②2号样品的吸附量
样品编号
1
2
3
4
5
起始浓度ρ0mg/L
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
pH=2.5
吸光度
0.1513
0.2172
0.2926
0.3426
0.1635
平衡浓度ρmg/L
1.27
1.90
2.62
3.10
1.38
吸附量Qmg/g
0.039
0.058
0.077
0.097
0.119
pH=5.5
吸光度
0.1005
0.0340
0.3142
0.0973
0.3241
平衡浓度ρmg/L
0.78
0.14
2.83
0.75
2.92
吸附量Qmg/g
0.039
0.060
0.077
0.099
0.117
（4）建立Freundlich方程
①1号土壤样品（钙基膨润土）pH2.5
lgQ
lgρ
-1.413
0.136
-1.238
0.340
-1.114
0.483
-1.018
0.601
-0.938
0.657
由图得知k=1.121/n=1.7245
Freundlich方程为：
Q=1.12*ρ1.7245
②1号土壤样品（钙基膨润土）pH5.5
lgQ
lgρ
-1.413
0.132
-1.228
-0.102
-1.115
0.508
-1.012
0.428
-0.929
0.357
由图得知k=0.561/n=0.9763
Freundlich方程为：
Q=0.56*ρ0.9763
③2号土壤样品（钙基膨润土+腐殖质）pH2.5
lgQ
lgρ
-1.412
0.102
-1.236
0.278
-1.111
0.419
-1.014
0.492
-0.926
0.141
由图得知k=1.001/n=1.5116
Freundlich方程为：
Q=1.00*ρ1.5116
④2号土壤样品（钙基膨润土+腐殖质）pH5.5
lgQ
lgρ
-1.406
-0.109
-1.223
-0.854
-1.113
0.452
-1.003
-0.126
-0.932
0.466
由图得知k=1.371/n=1.5218
Freundlich方程为：
Q=1.37*ρ1.5218
六．实验误差及结果分析
七、思考题
1.土壤的组成和溶液的pH值对铜的吸附量有何影响？
为什么？
答：
有。
pH>7，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。
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