海藻酸钠多种金属离子的吸收

海藻酸钠对水体中重金属离子的吸附作用海藻酸钠（SodiumAlginate，NaAlg，简称AGS）是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多糖碳水化合物，是由1,4-聚--D甘露糖醛酸和L-古罗糖醛酸组成的一中线性聚合物，也是海藻酸衍生物种的一种，所以说有时也称褐藻酸钠和海藻胶，分子式为（C6H7O6Na）n，相对分子量32000~200000之间，海藻酸钠的结构式如下图:有关研究表明海藻酸钠低热，无毒，无过敏反应，不参与体内代谢。1983年FDA批准可以作为食品的成分，认为他是公认的安全。我国主要应用于印染、纺织、而在食品医药方面，水体净化方面的报道较少，当前国家资深专家都充分肯定了海藻酸钠的价值，随着边缘科技的发展，海藻酸钠的用途必将日益扩大。21时间是一个绿色的时代，但是重金属离子的污染是环境污染的一大问题，而海藻酸钠是一种水溶性天然的高分子多糖，易于多种金属离子结合形成凝胶而沉淀，因而在水中对金属离子，尤其是二价的重金属离子有很强的吸附作用，利用其这一特性，可将海藻酸钠用于水中的重金属离子的吸附剂，起到水体净化的作用。一、实验目的：实验采用海藻酸钠溶液，加入Pb2+，Ca2+，Zn2+的水溶液，凝胶沉淀后，过滤去除凝胶沉淀，采用EDTA络合法测定滤液中各种金属离子的含量，比较其对不同金属离子的吸收能力的强弱。改变海藻酸钠的浓度和凝胶时间，比较不浓度和时间对金属离子的吸附影响。二、实验仪器及药品1、实验仪器：电子天平、搅拌器、酸式滴定管，真空泵，滤纸，烧杯(50ml200ml250ml500ml若干)、锥形瓶，容量瓶（25ml20C200ml20C、250ml20C）玻璃棒，胶头滴管，PH计。2、实验药品：海藻酸钠、Pb（NO3）2、ZnSO4、CaCl2、二甲酚橙，六四甲基四胺、EDTA、钙指示剂。三、实验过程1、溶液的配置（1）海藻酸钠溶液的配置（a）0.5%的海藻酸钠溶液配置：用电子天平称取0.5007g海藻酸钠的固体粉末，加入100ml蒸馏水中，常温使用搅拌器搅拌1~2h，溶解后，加入100ml的蒸馏水，，继续搅拌，呈均匀粘稠溶液，用标签纸标注，保存备用。（b）1%的海藻酸钠溶液配置：用电子天平称取5.0024g海藻酸钠的固体粉末，加入250ml蒸馏水中，常温使用搅拌器搅拌1~2h，溶解后，加入250ml的蒸馏水，，继续搅拌，呈均匀粘稠溶液，用标签纸标注，保存备用。（c）2%的海藻酸钠的配置：用电子天平称取10.0013g海藻酸钠的固体粉末，加入250ml蒸馏水中，常温使用搅拌器搅拌1~2h，溶解后，加入250ml的蒸馏水，，继续搅拌，呈均匀粘稠溶液，用标签纸标注，保存备用。（2）含各种重金属离子的溶液配置（a）Pb（NO3）2溶液的配置①0.01ml/LPb（NO3）2溶液的配置：用电子天平称取0.8275g的Pb（NO3）2的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。②0.02ml/LPb（NO3）2溶液的配置：用电子天平称取1.6550g的Pb（NO3）2的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。（b）CaCl2溶液的配置①0.009ml/LCaCl2溶液的配置：用电子天平称取0.2991g的CaCl2的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。②0.012ml/LCaCl2溶液的配置：用电子天平称取0.3330g的CaCl2的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。③0.014ml/LCaCl2溶液的配置：用电子天平称取0.3885g的CaCl2的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。④0.015ml/LCaCl2溶液的配置：用电子天平称取0.4163g的CaCl2的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。（c）ZnSO4溶液的配置①0.02ml/LZnSO4溶液的配置：用电子天平称取0.8050g的ZnSO4的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。②0.03ml/LZnSO4溶液的配置：用电子天平称取1.2075g的ZnSO4的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。③0.04ml/LZnSO4溶液的配置：用电子天平称取1.6123g的ZnSO4的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。（d）EDTA及指示剂缓冲溶液的配置①0.01ml/LEDTA溶液的配置：用电子天平称取0.9357g的EDTA的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。②指示剂2%二甲酚橙溶液配置:用电子天平称取1.0031g的EDTA的固体，加入25ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入50ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。③1%钙指示剂溶液配置:用电子天平称取0.5121g的钙指示剂的固体，加入25ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入50ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。④0.1%缓冲液六四甲基四胺溶液配置:用电子天平称取0.2531g的EDTA的固体，加入100ml蒸馏水中溶解，用玻璃棒搅拌，带起溶解完毕后倒入250ml的容量瓶中定容，溶液配置完毕后，移入试剂瓶中，标注，保存。（2）凝胶反应考虑到温度、时间对凝胶实验结果有较大的影响，该所有实验选取室温条件下进行，同时分时间段测定凝胶反应的进程。A、几种金属离子的简单对照取四份10ml1%海藻酸钠，20ml蒸馏水，20ml0.01mol/L不同金属离子溶液，四个烧杯并将其标号，室温下，用胶头滴管把海藻酸钠向不同的金属离子溶液中滴加，记录现象，对比。离子溶液反应现象蒸馏水滴加之后不产生凝胶物，呈无色透明絮状，放置到2~3分钟时絮状物消失。0.01mol/LPb2+离子溶液滴加之后立刻产生凝胶物，呈无色透明小圆团状，凝聚比较紧凑，放置一段时间，团状物不消失且有很好的弹性，说明凝胶物比较稳定。0.01mol/LCa2+离子溶液滴加之后很快产生凝胶，呈无色透明小圆团状，凝胶紧凑，有一定的弹性，放置一段时间，团状物不消失，说明凝胶物稳定。0.01mol/LZn2+离子溶液滴加之后产生凝胶物，呈无色透明的小团状，凝胶不紧凑，放置一段时间，凝胶物不消失，但没弹性，说明凝胶物不稳定。从图表中得出结论：通过凝胶速度快慢，凝胶物的稳定性，从几组的对照实验现象初步可以得出，海藻酸钠与这几种金属离子的络合能力大小顺序：Pb2+Ca2+Zn2+B、同浓度的Agl对不同浓度的金属离子吸附对比的凝胶反应根据离子种类及配置溶液的浓度，将此部分分为三组实验：a、10ml1%海藻酸钠20ml0.01mol/LPb2+溶液和20ml0.02mol/LPb2+溶液b、10ml1%海藻酸钠20ml0.009mol/LCa2+溶液和20ml0.015mol/LCa2+溶液c、10ml1%海藻酸钠30ml0.02mol/LZn2+溶液和30ml0.03mol/LZn2+溶液同浓度的海藻酸钠对不同浓度的金属离子吸附对比的凝胶反应，需要对比在不同时间海藻酸钠的吸附能力，因此需要记录不同时间段的海藻酸钠的吸附离子的数据，同时因为随着时间的进行，海藻酸钠的吸附能力逐渐减弱，刚开始时间间隔分为2h，12h后的实验分为4h，直至找吸收平衡点。取若干只100ml的小烧杯，编号分组，将所需的好各浓度溶液加入烧杯，记录时间，按设定好的实验时间进行实验。待到设定的时间，将溶液进行抽滤，获取滤液，然后滴定，记录滤液中剩余离子量。实验数据如下图：10ml1%海藻酸钠20ml0.01mol/LPb2+溶液20ml0.02mol/LPb2+溶液10ml1%海藻酸钠20ml0.009mol/LCa2+溶液20ml0.015mol/LCa2+溶液10ml1%海藻酸钠30ml0.02mol/LZn2+溶30ml0.03mol/LZn2+溶液时间每克Agl吸收Pb2+离子的量（mmol/g）时间每克Agl吸收Ca2+离子的量（mmol/g）时间每克Agl吸收Zn2+离子的量（mmol/g）离子浓度0.01mol/L离子浓度0.02mol/L离子浓度0.009mol/L离子浓度0.015mol/L离子浓度0.02mol/L离子浓度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把上述数据弄坐标图表示出来，用每克Agl吸收离子的量（mmol/g）为纵坐标，反应的时间（h）为横坐标。①10ml1%海藻酸钠20ml0.01mol/L和20ml0.02mol/LPb2+溶液1%Agl对不同浓度Pb2+的吸收00.511.522.533.502468101214161820吸附时间（h）每克Agl吸附Pb2+离子的量（mmol/g）Agl对0.01mol/LPb2+的吸收Agl对0.02mol/LPb2+的吸收10ml1%海藻酸钠20ml0.01mol/L和20ml0.02mol/LCa2+溶液1%Agl对不同浓度Ca2+的吸收00.511.522.53-32712172227323742475257626772吸附时间（h）每克Agl吸收Ca2+离子的量（mmol/g）Agl对0.009mol/LCa2+的吸收Agl对0.015mol/LCa2+的吸收③10ml1%海藻酸钠30ml0.02mol/L和30ml0.03mol/LZn2+溶液1%Agl对不同浓度Zn2+的吸收012345678910024681012141618202224吸附时间（h）每克Agl吸收Ca2+离子的量（mmol/g）Agl对0.02mol/LZn2+的吸收Agl对0.03mol/LZn2+的吸收通过同浓度的海藻酸钠对不同浓度的金属离子吸附数据的图标，可以明显的得出：1、同一种浓度的海藻酸钠，对同一种类的离子，其在12小时左右基本达到一个吸附平衡。2、同一种浓度的海藻酸钠，对同一种类的离子，其对离子浓度大的吸附能力稍大，测得络合比大概为1.5。（络合比=海藻酸根的物质量（n）/离子的物质的量(n)）3、应用方面，比如水体净化，可以根据溶液中的离子浓度选择选择合适的海藻酸钠的浓度净化，使其的吸附能力达到最大。C、不同浓度的Agl对同一浓度金属离子的吸附比较不同浓度的海藻酸钠对同一浓度的金属离子吸附对比的凝胶反应，根据海藻酸钠的浓度和离子种类，将此部分同样分为三组实验：a、20ml0.02mol/LPb2+10ml0.5%Agl和10ml1%Aglb、20ml0.02mol/LCa2+10ml1%Agl和10ml2%Aglc、30ml0.02mol/LZn2+10m