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摘 要：通过间歇试验研究了膨润土对双组份与三组份竞争溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附特性。试验结果表明，Cu（II）和Ni（II）对于Pb（II）的吸附均有抑制作用，Cu（II）较Ni（II）对于Pb（II）的吸附影响效果明显。可采用Langmuir模型模拟膨润土对单组份Pb（II）的等温吸附过程，而单组份Cu（II）和Ni（II）的试验结果更符合Freundlich模型。膨润土对单组份与三组份溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附能力大小顺序均为Pb（II）>Cu（II）>Ni（II）。
关键词：膨润土；竞争吸附；铅；铜；镍
随着城市化以及工业化的发展，采矿、冶炼、制革、电镀、电池和机械制造等工业过程中，产生各种重金属进入到大气、水体、土壤中，往往造成两种或两种以上的多种重金属并存的复合污染。在环境中存在的重金属具有一定毒性，在土壤与水体迁移过程中，可被水生动物、植物吸收，通过食物链在动物与人体中富积，引起各种疾病，对人类生存造成严重危害。近年来，重金属污染事件频繁发生，实际的重金属污染情况多为复合污染，因此，多体系的重金属水污染处理受到更多学者关注与研究。
一、材料与试验方法
（一）试验材料
来自大连地区的膨润土，膨润土的准备过程参照文献[1]。试验所用硝酸铅、氯化铜、氯化镍均为分析纯，将其分别配置成1000mg/L的母液。
（二）试验方法
将0.1g的膨润土与50mL不同浓度的Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）溶液混合于100mL的锥形瓶中，锥形瓶置于恒温振荡器中，恒定温度为20℃，转速为120 rpm，振荡12h，静置3h后的溶液通过离心机以5000 rpm离心20 min，用原子吸收分光光度计测定平衡后溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的浓度。
按下式计算的吸附量qt、去除率R：
式中，C0，Ct，Ce分别为溶液中重金属离子的初始，t时刻与平衡时浓度（mg/L）。
二、结果与讨论
（一）单组份等温吸附
Pb（II）初始浓度为100、120、140、160、180、200mg/L，Cu（II）、Ni（II）初始浓度均为10、20、40、60、80、100 mg/L，反應时间为12h，其他条件与动力学试验相同，试验结果见图1。
由图1可得，Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）均呈现出随初始浓度增大，吸附量增加的趋势。初始浓度均为100 mg/L时，Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附量分别为43.249、4.838和4.587mg/g，说明膨润土对此三者吸附强弱顺序为Pb（II）>Cu（II）>Ni（II），此结果与已有的研究成果一致[2]。Pb（II）的吸附量最大，可能取决于电负性最大，电负性大小顺序为Pb（II） > Cu（II） > Ni （II） [3]；另外，Pb（II）水合离子半径最小，活性吸附位点数量一定时，达到饱和状态，则Pb（II）的吸附量要大，且Pb（II）的水合能低于Cu（II）和Ni（II），更易于吸附到膨润土中矿物表面。
采用Langmuir和Freundlich两种模型对吸附数据进行拟合，以研究Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）在膨润土上的吸附特性。
无量纲分离因子RL，它的大小在一定的程度上能够反映吸附过程是否有利。0 由表1可知，nPb（II）>nCu（II）> nNi（II）>1，且KF，Pb（II）>KF，Cu（II） >KF，Ni（II），表明膨润土对金属亲和力大小顺序为Pb（II）>Cu（II）>Ni（II），与Langmuir模型拟合相符。根据表1，Langmuir模型能够很好地拟合Pb（II）的吸附数据，而Cu（II）和Ni（II）的试验结果更符合Freundlich。
（二）双组份体系等温吸附
在双组份（Pb（II）-Cu（II）、Pb（II）-Ni（II））吸附试验中，Pb（II）的初始浓度为100、120、140、160、180、200mg/L，Cu（II）、Ni（II）的初始浓度变化范围为10-100mg/L（10、20、40、60、80、100mg/L），恒温20℃，保持固液比为1g/L，pH值不变化。Cu（II）对Pb（II）、Ni（II）对Pb（II）吸附的影响分别如图2和图3所示。
在Pb（II）-Cu（II）双组份体系中，当加入Cu（II）的初始浓度由10mg/L到100mg/L时，Pb（II）的吸附量均降低。Pb（II）的初始浓度为200mg/L时，加入100mg/L的Cu（II）离子，Pb（II）的吸附量比Pb（II）单组份试验降低了63.5%。因膨润土表面活性吸附位点数量固定，Cu（II）的加入，占用了相应的吸附位点，而降低了Pb（II）的去除。当Cu（II）的初始浓度低于40mg/L时，对于Pb（II）吸附的影响较为明显；当初始浓度高于40mg/L时，对于Pb（II）的吸附干扰较为稳定，由于表面活性吸附位点基本饱和。当Pb（II）的初始浓度为120mg/L时，Cu（II）的初始浓度为60、80、100mg/L时，Pb（II）的吸附量分别为33.38、29.19和27.46mg/g。
在Pb（II）-Ni（II）双组份体系中，通过与图2对比，发现Ni（II）对Pb（II）吸附的影响弱于Cu（II）对Pb（II）吸附的影响。Pb（II）的初始浓度为200mg/L时，加入100mg/L的Ni（II），Pb（II）的吸附量比Pb（II）单组份试验降低了34.9%。当Ni（II）的初始浓度为10mg/L时，等温吸附线与单组份Pb（II）的吸附线基本一致，即可忽略Ni（II）對Pb（II）吸附的影响。 （三）三組份体系等温吸附
Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的初始濃度比例为1：1：1，固液比为1g/L，不调节pH值，反应时间为12h。试验结果对比在表2中，不同初始浓度三组份体系中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附量分别低于单组份Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附量，这是由于Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）离子相互竞争吸附位点的结果。当Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的初始浓度为60、100、200mg/L时，Ni（II）的吸附量分别为2.875、2.13、1.15mg/g，表明Ni（II）与Pb（II）、Cu（II）竞争较弱。膨润土对三者选择性顺序大小为Pb（II）>Cu（II）>N（II），与单组份试验结果相同。
三、结论
1、双组份等温吸附试验，Cu（II）和Ni（II）对于Pb（II）的吸附均有抑制作用，且Cu（II）较Ni（II）对于Pb（II）的吸附影响效果明显。
2、可采用Langmuir模型模拟膨润土对单组份Pb（II）的等温吸附过程，而单组份Cu（II）和Ni（II）的试验结果更符合Freundlich模型。
3、膨润土对单组份与三组份溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附能力大小顺序均为Pb（II）>Cu（II）>Ni（II）。
参考文献：
[1]张金利.张林林.谷鑫.重金属Pb（Ⅱ）在膨润土上去除特性研究[J].岩土工程学报，2013（01）： p.117-123.
[2] Futalan C.M. et al.， Comparative and competitive adsorption of copper， lead， and nickel using chitosan immobilized on bentonite[J]. Carbohydrate Polymers， 2011， 83（2）： p. 528-536.
[3] Vijayaraghavan. K. et al.， Application of Sargassum biomass to remove heavy metal ions from synthetic multi-metal solutions and urban storm water runoff[J]. J Hazard Mater， 2009， 164（2-3）： p. 1019-23.
关键词：膨润土；竞争吸附；铅；铜；镍
随着城市化以及工业化的发展，采矿、冶炼、制革、电镀、电池和机械制造等工业过程中，产生各种重金属进入到大气、水体、土壤中，往往造成两种或两种以上的多种重金属并存的复合污染。在环境中存在的重金属具有一定毒性，在土壤与水体迁移过程中，可被水生动物、植物吸收，通过食物链在动物与人体中富积，引起各种疾病，对人类生存造成严重危害。近年来，重金属污染事件频繁发生，实际的重金属污染情况多为复合污染，因此，多体系的重金属水污染处理受到更多学者关注与研究。
一、材料与试验方法
（一）试验材料
来自大连地区的膨润土，膨润土的准备过程参照文献[1]。试验所用硝酸铅、氯化铜、氯化镍均为分析纯，将其分别配置成1000mg/L的母液。
（二）试验方法
将0.1g的膨润土与50mL不同浓度的Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）溶液混合于100mL的锥形瓶中，锥形瓶置于恒温振荡器中，恒定温度为20℃，转速为120 rpm，振荡12h，静置3h后的溶液通过离心机以5000 rpm离心20 min，用原子吸收分光光度计测定平衡后溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的浓度。
按下式计算的吸附量qt、去除率R：
式中，C0，Ct，Ce分别为溶液中重金属离子的初始，t时刻与平衡时浓度（mg/L）。
二、结果与讨论
（一）单组份等温吸附
Pb（II）初始浓度为100、120、140、160、180、200mg/L，Cu（II）、Ni（II）初始浓度均为10、20、40、60、80、100 mg/L，反應时间为12h，其他条件与动力学试验相同，试验结果见图1。
由图1可得，Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）均呈现出随初始浓度增大，吸附量增加的趋势。初始浓度均为100 mg/L时，Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附量分别为43.249、4.838和4.587mg/g，说明膨润土对此三者吸附强弱顺序为Pb（II）>Cu（II）>Ni（II），此结果与已有的研究成果一致[2]。Pb（II）的吸附量最大，可能取决于电负性最大，电负性大小顺序为Pb（II） > Cu（II） > Ni （II） [3]；另外，Pb（II）水合离子半径最小，活性吸附位点数量一定时，达到饱和状态，则Pb（II）的吸附量要大，且Pb（II）的水合能低于Cu（II）和Ni（II），更易于吸附到膨润土中矿物表面。
采用Langmuir和Freundlich两种模型对吸附数据进行拟合，以研究Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）在膨润土上的吸附特性。
无量纲分离因子RL，它的大小在一定的程度上能够反映吸附过程是否有利。0
（二）双组份体系等温吸附
在双组份（Pb（II）-Cu（II）、Pb（II）-Ni（II））吸附试验中，Pb（II）的初始浓度为100、120、140、160、180、200mg/L，Cu（II）、Ni（II）的初始浓度变化范围为10-100mg/L（10、20、40、60、80、100mg/L），恒温20℃，保持固液比为1g/L，pH值不变化。Cu（II）对Pb（II）、Ni（II）对Pb（II）吸附的影响分别如图2和图3所示。
在Pb（II）-Cu（II）双组份体系中，当加入Cu（II）的初始浓度由10mg/L到100mg/L时，Pb（II）的吸附量均降低。Pb（II）的初始浓度为200mg/L时，加入100mg/L的Cu（II）离子，Pb（II）的吸附量比Pb（II）单组份试验降低了63.5%。因膨润土表面活性吸附位点数量固定，Cu（II）的加入，占用了相应的吸附位点，而降低了Pb（II）的去除。当Cu（II）的初始浓度低于40mg/L时，对于Pb（II）吸附的影响较为明显；当初始浓度高于40mg/L时，对于Pb（II）的吸附干扰较为稳定，由于表面活性吸附位点基本饱和。当Pb（II）的初始浓度为120mg/L时，Cu（II）的初始浓度为60、80、100mg/L时，Pb（II）的吸附量分别为33.38、29.19和27.46mg/g。
在Pb（II）-Ni（II）双组份体系中，通过与图2对比，发现Ni（II）对Pb（II）吸附的影响弱于Cu（II）对Pb（II）吸附的影响。Pb（II）的初始浓度为200mg/L时，加入100mg/L的Ni（II），Pb（II）的吸附量比Pb（II）单组份试验降低了34.9%。当Ni（II）的初始浓度为10mg/L时，等温吸附线与单组份Pb（II）的吸附线基本一致，即可忽略Ni（II）對Pb（II）吸附的影响。 （三）三組份体系等温吸附
Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的初始濃度比例为1：1：1，固液比为1g/L，不调节pH值，反应时间为12h。试验结果对比在表2中，不同初始浓度三组份体系中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附量分别低于单组份Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附量，这是由于Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）离子相互竞争吸附位点的结果。当Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的初始浓度为60、100、200mg/L时，Ni（II）的吸附量分别为2.875、2.13、1.15mg/g，表明Ni（II）与Pb（II）、Cu（II）竞争较弱。膨润土对三者选择性顺序大小为Pb（II）>Cu（II）>N（II），与单组份试验结果相同。
三、结论
1、双组份等温吸附试验，Cu（II）和Ni（II）对于Pb（II）的吸附均有抑制作用，且Cu（II）较Ni（II）对于Pb（II）的吸附影响效果明显。
2、可采用Langmuir模型模拟膨润土对单组份Pb（II）的等温吸附过程，而单组份Cu（II）和Ni（II）的试验结果更符合Freundlich模型。
3、膨润土对单组份与三组份溶液中Pb（II）、Cu（II）、Ni（II）的吸附能力大小顺序均为Pb（II）>Cu（II）>Ni（II）。
参考文献：
[1]张金利.张林林.谷鑫.重金属Pb（Ⅱ）在膨润土上去除特性研究[J].岩土工程学报，2013（01）： p.117-123.
[2] Futalan C.M. et al.， Comparative and competitive adsorption of copper， lead， and nickel using chitosan immobilized on bentonite[J]. Carbohydrate Polymers， 2011， 83（2）： p. 528-536.
[3] Vijayaraghavan. K. et al.， Application of Sargassum biomass to remove heavy metal ions from synthetic multi-metal solutions and urban storm water runoff[J]. J Hazard Mater， 2009， 164（2-3）： p. 1019-23.