海藻酸鈉多種金屬離子的吸收

1、海藻酸鈉對(duì)水體中重金屬離子的吸附作用海藻酸鈉（Sodium Alginate, NaAlg，簡稱AGS）是從褐藻類的海帶 或馬尾藻中提取的一種多糖碳水化合物，是由1,4-聚予-D甘露糖醛酸 和a-L-古羅糖醛酸組成的一中線性聚合物，也是海藻酸衍生物種的 一種，所以說有時(shí)也稱褐藻酸鈉和海藻膠，分子式為（C6H7O6Na）n， 相對(duì)分子量32000200000之間，海藻酸鈉的結(jié)構(gòu)式如下圖:有關(guān)研究表明海藻酸鈉低熱，無毒，無過敏反應(yīng)，不參與體內(nèi)代謝。 1983年FDA批準(zhǔn)可以作為食品的成分，認(rèn)為他是公認(rèn)的安全。我國 主要應(yīng)用于印染、紡織、而在食品醫(yī)藥方面，水體凈化方面的報(bào)道較 少，當(dāng)前國家資深專家都

2、充分肯定了海藻酸鈉的價(jià)值，隨著邊緣科技 的發(fā)展，海藻酸鈉的用途必將日益擴(kuò)大。21時(shí)間是一個(gè)綠色的時(shí)代，但是重金屬離子的污染是環(huán)境污染的一 大問題，而海藻酸鈉是一種水溶性天然的高分子多糖，易于多種金屬 離子結(jié)合形成凝膠而沉淀，因而在水中對(duì)金屬離子，尤其是二價(jià)的重 金屬離子有很強(qiáng)的吸附作用，利用其這一特性，可將海藻酸鈉用于水 中的重金屬離子的吸附劑，起到水體凈化的作用。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)采用海藻酸鈉溶液，加入Pb2+，Ca2+，Zn2+的水溶液，凝 膠沉淀后，過濾去除凝膠沉淀，采用EDTA絡(luò)合法測定濾液中各種金 屬離子的含量，比較其對(duì)不同金屬離子的吸收能力的強(qiáng)弱。改變海藻 酸鈉的濃度和凝膠時(shí)間，比

3、較不濃度和時(shí)間對(duì)金屬離子的吸附影響。二、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品1、實(shí)驗(yàn)儀器：電子天平、攪拌器、酸式滴定管，真空泵，濾紙， 燒杯（50ml 200ml 250ml 500ml 若干）、錐形瓶，容量瓶（25ml 20C 200ml 20C、250ml 20C）玻璃棒，膠頭滴管，PH計(jì)。2、實(shí)驗(yàn)藥品：海藻酸鈉、Pb（NO3）2、ZnSO4、CaCl2、二甲 酚橙，六四甲基四胺、EDTA、鈣指示劑。三、實(shí)驗(yàn)過程1、溶液的配置（1）海藻酸鈉溶液的配置（a）0.5%的海藻酸鈉溶液配置：用電子天平稱取0.5007g 海藻酸鈉的固體粉末，加入100ml蒸餾水中，常溫使用攪拌器攪拌 12h，溶解后，加入100ml的蒸餾

4、水，繼續(xù)攪拌，呈均勻粘稠溶液， 用標(biāo)簽紙標(biāo)注，保存?zhèn)溆?。（b）1%的海藻酸鈉溶液配置：用電子天平稱取5.0024g海 藻酸鈉的固體粉末，加入250ml蒸餾水中，常溫使用攪拌器攪拌12h， 溶解后，加入250ml的蒸餾水，繼續(xù)攪拌，呈均勻粘稠溶液，用標(biāo) 簽紙標(biāo)注，保存?zhèn)溆?。（c）2%的海藻酸鈉的配置：用電子天平稱取10.0013g海藻 酸鈉的固體粉末，加入250ml蒸餾水中，常溫使用攪拌器攪拌12h， 溶解后，加入250ml的蒸餾水,，繼續(xù)攪拌，呈均勻粘稠溶液，用標(biāo) 簽紙標(biāo)注，保存?zhèn)溆?。?）含各種重金屬離子的溶液配置（a）Pb（NO3）2溶液的配置0.01ml/L Pb（NO3）2溶液的配置：

5、用電子天平稱取 0.8275g的Pb（NO3）2的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒 攪拌，帶起溶解完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后， 移入試劑瓶中，標(biāo)注，保存。0.02ml/L Pb（NO3）2溶液的配置：用電子天平稱取 1.6550g的Pb（NO3）2的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒 攪拌，帶起溶解完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后， 移入試劑瓶中，標(biāo)注，保存。（b）CaCl2溶液的配置0.009ml/L CaCl2溶液的配置：用電子天平稱取 0.2991g的CaCl2的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌， 帶起溶解完畢后倒

6、入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入 試劑瓶中，標(biāo)注，保存。0.012ml/L CaCl2溶液的配置：用電子天平稱取 0.3330g的CaCl2的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌， 帶起溶解完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入 試劑瓶中，標(biāo)注，保存。0.014ml/L CaCl2溶液的配置：用電子天平稱取0.3885g的CaCl2的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌, 帶起溶解完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入 試劑瓶中，標(biāo)注，保存。0.015ml/L CaCl2溶液的配置：用電子天平稱取 0.4163g的CaCl

7、2的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌， 帶起溶解完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入 試劑瓶中，標(biāo)注，保存。（c）ZnSO4溶液的配置0.02ml/L ZnSO4溶液的配置：用電子天平稱取0.8050g 的ZnSO4的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌，帶起 溶解完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入試劑 瓶中，標(biāo)注，保存。0.03ml/L ZnSO4溶液的配置：用電子天平稱取1.2075g 的ZnSO4的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌，帶起 溶解完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入試劑 瓶中，

8、標(biāo)注，保存。0.04ml/L ZnSO4溶液的配置：用電子天平稱取1.6123g的 ZnSO4的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌，帶起溶解 完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入試劑瓶中， 標(biāo)注，保存。（d）EDTA及指示劑緩沖溶液的配置0.01ml/LEDTA溶液的配置：用電子天平稱取 0.9357g的EDTA的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌, 帶起溶解完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入 試劑瓶中，標(biāo)注，保存。指示劑2%二甲酚橙溶液配置：用電子天平稱取1.0031g 的EDTA的固體，加入25ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌

9、，帶起溶 解完畢后倒入50ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入試劑瓶 中，標(biāo)注，保存。1%鈣指示劑溶液配置：用電子天平稱取0.5121g的鈣指 示劑的固體，加入25ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌，帶起溶解完 畢后倒入50ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入試劑瓶中， 標(biāo)注，保存。0.1%緩沖液六四甲基四胺溶液配置：用電子天平稱取 0.2531g的EDTA的固體，加入100ml蒸餾水中溶解，用玻璃棒攪拌， 帶起溶解完畢后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完畢后，移入 試劑瓶中，標(biāo)注，保存。（2）凝膠反應(yīng)考慮到溫度、時(shí)間對(duì)凝膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大的影響，該所有實(shí) 驗(yàn)選取室溫條件下進(jìn)行，同時(shí)分

10、時(shí)間段測定凝膠反應(yīng)的進(jìn)程。A、幾種金屬離子的簡單對(duì)照取四份10ml 1%海藻酸鈉，20ml蒸餾水，20ml 0.01mol/L不同金屬離子 溶液，四個(gè)燒杯并將其標(biāo)號(hào)，室溫下，用膠頭滴管把海藻酸鈉向不同的金屬離子 溶液中滴加，記錄現(xiàn)象，對(duì)比。離子溶液反應(yīng)現(xiàn)象蒸餾水滴加之后不產(chǎn)生凝膠物，呈無色透明絮狀，放置到23分 鐘時(shí)絮狀物消失。0.01mol/LPb2+離子溶液滴加之后立刻產(chǎn)生凝膠物，呈無色透明小圓團(tuán)狀，凝聚比 較緊湊，放置一段時(shí)間，團(tuán)狀物不消失且有很好的彈性， 說明凝膠物比較穩(wěn)定。0.01mol/LCa2+離子溶液滴加之后很快產(chǎn)生凝膠，呈無色透明小圓團(tuán)狀，凝膠緊湊， 有一定的彈性，放置一段時(shí)

11、間，團(tuán)狀物不消失，說明凝膠 物穩(wěn)定。0.01mol/LZn2+離子溶液滴加之后產(chǎn)生凝膠物，呈無色透明的小團(tuán)狀，凝膠不緊湊， 放置一段時(shí)間，凝膠物不消失，但沒彈性，說明凝膠物不 穩(wěn)定。從圖表中得出結(jié)論:通過凝膠速度快慢，凝膠物的穩(wěn)定性，從幾組的對(duì)照實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象初步可以 得出，海藻酸鈉與這幾種金屬離子的絡(luò)合能力大小順序：Pb2+Ca2+Zn2+B、同濃度的Agl對(duì)不同濃度的金屬離子吸附對(duì)比的凝膠反應(yīng)根據(jù)離子種類及配置溶液的濃度，將此部分分為三組實(shí)驗(yàn)：a、10ml1%海藻酸鈉 20ml0.01mol/L Pb2+溶液和 20ml0.02mol/L Pb2+溶液b、10ml1%海藻酸鈉 20ml0.009

12、mol/LCa2+溶液和 20ml0.015mol/LCa2+溶液c、10ml1%海藻酸鈉 30ml0.02mol/LZn2+溶液和 30ml0.03mol/LZn2+溶液同濃度的海藻酸鈉對(duì)不同濃度的金屬離子吸附對(duì)比的凝膠反應(yīng)，需要對(duì)比在不同時(shí)間海藻酸鈉的吸附能力，因此需要記錄不同時(shí)間段的海藻酸鈉的吸附離子的數(shù)據(jù)，同時(shí)因?yàn)殡S著時(shí)間的進(jìn)行，海藻酸鈉 的吸附能力逐漸減弱，剛開始時(shí)間間隔分為2h, 12h后的實(shí)驗(yàn)分為 4h，直至找吸收平衡點(diǎn)。取若干只100ml的小燒杯，編號(hào)分組，將所需的好各濃度溶液加 入燒杯，記錄時(shí)間，按設(shè)定好的實(shí)驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。待到設(shè)定的時(shí)間， 將溶液進(jìn)行抽濾，獲取濾液，然后滴定

13、，記錄濾液中剩余離子量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖:10ml1%海藻酸鈉 20ml0.01mol/LPb2+ 溶液 20ml 0.02mol/LPb2+溶液10ml1%海藻酸鈉 20ml0.009mol/LCa2+ 溶液 20ml0.015mol/LCa2+溶液10ml1%海藻酸鈉 30ml0.02mol/LZn2+ 溶 30ml0.03mol/LZn2+溶液時(shí)間每克Agl吸收Pb2+ 離子的量（mmol/g）時(shí)間每克Agl吸收Ca2+離 子的量（mmol/g）時(shí)間每克Agl吸收Zn2+ 離子的量（mmol/g）離子濃度0.01mol/L離子濃度0.02mol/L離子濃 度0.009mol/L離子濃度0.

14、015mol/L離子濃度0.02mol/L離子濃 度0.03mol/L11.751.821.421.9515.49758.59521.851.97541.422.18425.63758.741.92.12561.4252.345.648.772561.942.21881.6052.42465.7258.857581.942.498121.622.5285.75858.87121.952.913241.72.65125.7858.685241.952.938481.712.748245.818.88把上述數(shù)據(jù)弄坐標(biāo)圖表示出來，用每克Agl吸收離子的量（mmol/g） 為縱坐標(biāo)，反應(yīng)的時(shí)間（h）為

15、橫坐標(biāo)。1%Agl對(duì)不同濃度Pb2+的吸收535251503.2.L0.: it量的子離附吸1每Agl對(duì) 0.01mol/ LPb2+的 吸收Agl對(duì) 0.02mol/ LPb2+的 吸收2468 10 12 14 16 18 20吸附時(shí)間（h）a 10ml1%海藻酸鈉 20ml0.01mol/L 和 20ml0.02mol/L Ca2+溶液1%Agl對(duì)不同濃度Ca2+的吸收-3 2 7 12 17 22 27 32 37 42 47 52 57 62 67 72)STlomm 量的子離分電吸1電每Agl對(duì) 0.009mo l/LCa2+ 的吸收Agl對(duì) 0.015mo l/LCa2+ 的吸收

16、吸附時(shí)間（h）1%Agl對(duì)不同濃度Zn2+的吸收I 4 2 o 098765432101:t量的子離玄k吸1電每-4* Agl對(duì) 0.02mol/ LZn2+的 吸收Agl對(duì) 0.03mol/ LZn2+的 吸收6810 12 14 16 18 20 22 24吸附時(shí)間（h）通過同濃度的海藻酸鈉對(duì)不同濃度的金屬離子吸附數(shù)據(jù)的圖標(biāo)，可以 明顯的得出：1、同一種濃度的海藻酸鈉，對(duì)同一種類的離子，其在12 小時(shí)左右基本達(dá)到一個(gè)吸附平衡。2、同一種濃度的海藻酸鈉，對(duì)同一種類的離子，其對(duì)離 子濃度大的吸附能力稍大，測得絡(luò)合比大概為1.5。(絡(luò) 合比=海藻酸根的物質(zhì)量(n)/離子的物質(zhì)的量(n)3、應(yīng)用方

17、面，比如水體凈化，可以根據(jù)溶液中的離子濃 度選擇選擇合適的海藻酸鈉的濃度凈化，使其的吸附 能力達(dá)到最大。C、不同濃度的Agl對(duì)同一濃度金屬離子的吸附比較不同濃度的海藻酸鈉對(duì)同一濃度的金屬離子吸附對(duì)比的凝膠 反應(yīng)，根據(jù)海藻酸鈉的濃度和離子種類，將此部分同樣分為三組實(shí)驗(yàn):a、20ml0.02mol/L Pb2+10ml 0.5%Agl 和 10ml 1%Aglb、20ml0.02mol/LCa2+ 10ml 1%Agl 和 10ml 2%Aglc、30ml0.02mol/LZn2+ 10ml 1%Agl 和 10ml 2%Agl不同濃度的海藻酸鈉對(duì)同一濃度的金屬離子吸附對(duì)比的凝膠反 應(yīng)，需要對(duì)比海

18、藻酸鈉在不同時(shí)間海藻酸鈉對(duì)不同濃度的金屬離子的 吸附能力，根據(jù)同濃度的海藻酸鈉對(duì)不同濃度的金屬離子吸附對(duì)比的 凝膠反應(yīng)，知道其應(yīng)該在12h時(shí)基本到達(dá)一個(gè)吸附平衡，因此剛開始 時(shí)間間隔依然分為2h，12h后的實(shí)驗(yàn)分為4h，按照同濃度的海藻酸 鈉對(duì)不同濃度的金屬離子吸附對(duì)比的凝膠反應(yīng)另做一組實(shí)驗(yàn)。取若干只100ml的小燒杯，編號(hào)分組，將所需的好各濃度溶液加 入燒杯，記錄時(shí)間，按設(shè)定好的實(shí)驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。待到設(shè)定的時(shí)間， 將溶液進(jìn)行抽濾，獲取濾液，然后滴定，記錄濾液中剩余離子量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖:20ml0.02mol/LPb2+10ml 0.5% Agl 和 10ml1%Agl20ml0.012mo

19、l/LCa2+10ml 1%Agl 和 10ml2%Agl30ml0.02mol/LZn2+10ml 1%Agl 和 10ml2%Agl時(shí)間每克Agl吸收離子的量（mmol/g）時(shí)間每克Agl吸收離的量（mmol/g）時(shí)間每克Agl吸收離的量（mmol/g）0.5%Ag1%Agl1%Agl2%Agl1%Agl2%Agl12.2721.7521.830.60915.49752.862522.351.8541.8370.68125.63752.892542.351.961.860.73845.642.912562.451.9482.1050.77365.7252.915122.61.94122.1

20、250.80185.75852.9425162.551.95242.2520.823125.7852.9375181.951.95482.2720.838245.812.935把上述數(shù)據(jù)弄坐標(biāo)圖表示出來，用母克Agl吸收離子的量（mmol/g） 為縱坐標(biāo)，反應(yīng)的時(shí)間（h）為橫坐標(biāo)。20 0.01mol/L PW+溶液 10ml 0.5%Agl 和 10ml 1%Agl0.01mol/LPb2+0.5%Agl 和0.1%Agl OKOIOm） 量的子離收吸Ik每吸附時(shí)間(h)20ml 0.012mol/LCa2+溶液 10ml 1%Agl 和 10ml 2%Agl0.012mol/LCa2+0.

21、1%Agl 和0.2%Agl0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 OKOIOm） 量的子離收吸Ik每1%Agl 2%Agl30ml 0.02mol/LZn2+溶液 10ml 1%Agl 和 10ml 2%Agl0.02mol/LZn2+0.1%Agl 和0.2%Agl76543210o0lo量的子離收吸每*1%Agl510152025吸附時(shí)間（h） 一 -.-2%Agl通過不同濃度的海藻酸鈉對(duì)同一濃度的金屬離子吸附數(shù)據(jù)的圖標(biāo)，可 以明顯的得出：1、不同濃度的海藻酸鈉，對(duì)同一種類同一濃度的離子，其在 12小時(shí)左右同樣基本達(dá)到一個(gè)吸附平衡。2、不同濃度的海藻酸鈉，對(duì)同一種類

22、同一濃度的離子，濃度大 的海藻酸鈉吸附能力不一定大，測得絡(luò)合比大概為2。(絡(luò) 合比=海藻酸鈉的物質(zhì)量(n)/離子的物質(zhì)的量(n)3、同濃度的海藻酸鈉對(duì)不同濃度的金屬離子吸附數(shù)據(jù)與不同 濃度的海藻酸鈉對(duì)同一濃度的金屬離子吸附數(shù)據(jù)對(duì)比，得 出：不是海藻酸鈉的濃度越大其吸附能力越大，所以海藻酸 鈉的吸附能力不能依據(jù)其濃度的高低來判斷，要通過絡(luò)合比 來判斷，具體的最佳絡(luò)合比需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)獲得，此處不討 論。(絡(luò)合比=海藻酸鈉的物質(zhì)量(n)/離子的物質(zhì)的量(n)D、凝膠時(shí)間對(duì)Agl對(duì)金屬離子吸附的影響從前幾組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，凝膠時(shí)間對(duì)Agl對(duì)金屬離子吸 附有明顯的的影響，討論凝膠時(shí)間對(duì)Agl對(duì)金屬離

23、子吸附的影響，可以從前面的實(shí)驗(yàn)中選取數(shù)據(jù)，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選取如下表:10ml1%Agl與20ml不同的金屬離子時(shí)間（h）每克Agl吸收離子的量（mmol/g）0.01mol/LPb2+溶液0.012mol/LCa2+溶液0.02mol/LZn2+溶液11.755.497521.851.835.637541.91.8375.6461.941.865.72581.942.1055.7585121.942.1255.785161.95181.95242.2955.81把上述數(shù)據(jù)弄坐標(biāo)圖表示出來，用每克Agl吸收離子的量（mmol/g）為縱坐標(biāo)，反應(yīng)的時(shí)間（h）為橫坐標(biāo):）吸附時(shí)間（h）6.565.5

24、54.53.52J1.50.51%Agl 0.01mol/L Pb2+ 1%Agl 0.012mol/ LCa2+1%Agl 0.02mol/L Zn2+從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖標(biāo)的曲線可以得出：1、海藻酸鈉在前8個(gè)小時(shí)，對(duì)離子的吸收速率是最大的。2、曲線斜率有剛開的最大逐漸變小，隨時(shí)間的進(jìn)行，最后接近0， 可以得出：海藻酸鈉在對(duì)離子吸收時(shí)吸收速率隨時(shí)間的進(jìn)行是逐漸變 小的，最后達(dá)到平衡。3、從前4個(gè)小時(shí)三組曲線斜率可以得出：Pb2+離子曲線斜率最小， Zn2+離子曲線斜率最大，則說明海藻酸鈉的吸附能力不能通過其吸附 速率進(jìn)行判斷，還是應(yīng)該通過其絡(luò)合比來判斷。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過上面幾種金屬離子的簡單對(duì)照

25、，同濃度的海藻酸鈉對(duì)不同濃度 的金屬離子吸附對(duì)比的凝膠反應(yīng)，不同濃度的海藻酸鈉對(duì)同一濃度金 屬離子的吸附比較，凝膠時(shí)間對(duì)Agl對(duì)金屬離子吸附的影響四組實(shí)驗(yàn) 的數(shù)據(jù)，可以得出：1、Agl對(duì)Pb2+、Ca2+、Zn2+金屬離子的吸收存在一個(gè)平衡，在12 小時(shí)左右達(dá)到平衡。2、Agl對(duì)Pb2+、Ca2+、Zn2+金屬離子的吸附能力大?。篜b2+ Ca2+ Zn2+3、時(shí)間對(duì)Agl對(duì)Pb2+、Ca2+、Zn2+金屬離子的吸附有明顯影響， 前8個(gè)小時(shí)最大,12小時(shí)左右達(dá)到平衡。4、Agl濃度的大小和其對(duì)金屬離子吸收速率的大小不能做為判 斷Agl對(duì)金屬離子吸附能力大小的判斷。五、實(shí)驗(yàn)心得在過去的一年里，我們得機(jī)會(huì)參加了王曉敏老師組織的海藻酸 鈉對(duì)水體中重金屬離子的吸附作用個(gè)性化性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中我 們學(xué)會(huì)了很多有用的知識(shí)。如再查資料的時(shí)候了解到海藻酸鈉的不同 用途及現(xiàn)在的發(fā)展現(xiàn)狀等等，使我們對(duì)海藻酸鈉的價(jià)值以及研究方向 有了更深刻的認(rèn)識(shí)，而且在分析了藻酸鈉對(duì)水體中重金屬離子的吸 附作用數(shù)據(jù)后，參考文獻(xiàn)得出了自己的結(jié)論，更重要的是我們積