1、冶金分析,2010,30(7:72 75M et allur gica l A nalysis,2010,30(7:72 75文章編號:1000-7571(201007-0072-04離子交換微色譜柱對鉻( 吸附行為的研究和分析應用徐衛東,孫 榮,溫小琴(東華理工大學,江西撫州 344000摘 要:以分光光度法研究了陰離子交換樹脂分離富集Cr ( 的最佳條件,優化選擇了上柱酸度和洗脫劑,即在pH 4 0H 2SO 4介質條件下上柱,用20g /L NaOH 90g/L NaCl 洗脫。對主要干擾元素鐵、釩、鉬的最大允許量進行了探討。微型交換柱對Cr ( 的富集倍數為33 3。Cr( 質量濃度在

2、00 08 g/mL 范圍內服從比爾定律,相關系數為0 9998,檢出限為0 0023 g/mL 。方法用于測定含鉻工業廢水和標準溶液中的Cr( ,相對標準偏差為6 1%和2 1%,測定值與原子吸收光譜法的結果一致。關鍵詞:陰離子交換樹脂;分離富集;分光光度法;鉻( 中圖分類號:O 652 6,O 657 32 文獻標識碼:A收稿日期:2009-12-07作者簡介:徐衛東(1963-,男,副教授,博士,長期從事放射性水資源評價;E mail:x wdxx c163 com鉻在地殼中的豐度為0 0083%,且分布廣泛。目前鉻廣泛用于皮革、印染、電鍍等工業,對環境造成一定的污染,因此準確測定其含量

3、具有重要意義。由于Cr( 在自然環境中的含量較低,直接測定有一定困難,因此需要先對Cr ( 進行分離富集。目前已用于分離富集Cr ( 的方法主要有共沉淀法、電化學法、離子交換樹脂法1-2、萃取分離法3-5、生物吸附法6-7、光催化吸附法8-9等。本文采用內徑為2 53mm 和樹脂粒度為80180目的微型交換柱,在減壓或加壓排空條件下采用洗脫體積小零空床洗脫技術,可使試液較快地上柱進行分離和洗脫。洗脫液中鉻以二苯碳酰二肼為顯色劑,用分光光度法測定。1 實驗部分1 1 主要儀器和試劑72l 型分光光度計(廈門分析儀器廠;pH 3S 酸度計(上海雷磁儀器廠;蠕動泵:9轉/分。201 8陰離子交換樹脂

4、柱(內徑2 53m m,長度90mm,樹脂粒度80180目。Cr ( 標準儲備溶液:1mg/mL,稱取0 2827g 基準K 2Cr 2O 7溶于少量水中,再轉入100mL 容量瓶,用水稀釋至刻度,搖勻;Cr ( 標準工作溶液:10 g/m L,取1mL Cr( 標準儲備溶液于100mL 容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻;二苯碳酰二肼(DPC溶液:2g /L,稱取0 2g 二苯碳酰二肼溶于100mL 丙酮中;洗脫劑:20g /L NaOH 90g/L NaCl 溶液:稱取2g N aOH 和9g NaCl 溶于100m L 水中;pH 4 0洗滌液:取5mL 0 02mo l/L H 2SO 4

5、,加水稀釋至500mL 。所用試劑為分析純,實驗用水為去離子水。1 2 實驗方法1 2 1 離子交換柱分離富集 取80180目201 8強堿性陰離子交換樹脂,在減壓條件下濕法裝柱,柱床高度為90mm,用蒸餾水淋洗備用。將交換柱連接于蠕動泵上,用23mL 0 5mol/L H 2SO 4淋洗,使樹脂處理成SO 42-型,再用水洗至中性,使用前用所需pH 4 0洗滌液平衡。取一定量pH 4 0H 2SO 4介質的待測試液,以2m L/min 的流速流經已平衡好的陰離子交換柱,待溶液流干后,取3m L pH 4 0洗滌液分3徐衛東,孫榮,溫小琴.離子交換微色譜柱對鉻( 吸附行為的研究和分析應用.冶金

6、分析,2010,30(7:72 75次每次1mL淋洗,然后用3mL洗脫劑洗脫柱上吸附的Cr( ,洗脫液接于25m L比色管中,按實驗方法(1 2 2測定Cr( 的含量。1 2 2 C r( 的測定 洗脫液收集于25mL 比色管中后,用少量水沖洗管壁,加l mL DPC溶液,再加入1m L2 5mol/L H2SO4,0 5mL1 5 mol/L H3PO4,用水稀釋至刻度,放置510 min,用1cm比色皿于540nm波長下,以試劑空白作參比測定吸光度。2 結果與討論2 1 陰離子交換樹脂吸附C r( 的條件2 1 1 吸附酸度 配制每毫升含10 g鉻( 的不同酸度硫酸溶液,分別取1mL溶液以

7、2 mL/min的流速流經以相應濃度硫酸平衡好的交換柱,待溶液流干后用0 5m L相應濃度的H2SO4上柱液淋洗,接著用3mL洗脫劑分3次洗脫柱上吸附的Cr( ,收集于25mL比色管中,以下按實驗方法(1 2 2測定Cr( ,計算不同酸度下Cr( 的吸附率,結果見表1。表1 上柱酸度對吸附率的影響Table1 Ef fect of acidity of exchange column on adsorption rate上柱酸度A ciditypH4 0pH2 0pH1 00 5mol/L H2SO41mol/L H2SO4吸附率(%Adsor pt ion rate100 0100 0100

8、 0100 0100 0從表1可見,Cr( 的上柱酸度范圍很寬,從pH4 0l mol/L H2SO4,Cr( 的吸附率都為100%。這是由于Cr( 在中性、微酸性溶液中以CrO42-存在,強酸性溶液中以Cr2O72-形式存在。這兩種形式都能與陰離子交換樹脂交換基團中的陰離子發生交換。本實驗采用pH4 0為上柱酸度。2 1 2 洗脫劑的選擇 每次取20 g Cr( 標準工作液上柱。分別用20g/L NaOH 90g/L NaCl、10g/L N aOH 45g/L NaCI、20g/L NaOH、100g/L NaCl和40g/L NaOH 50g/L NaCl5種洗脫劑洗脫。每次0 5mL,

9、連續淋洗4 mL,洗脫液分別收集于25mL比色管中,按實驗方法(1 2 2測定吸光度,繪制洗脫曲線(圖1。由圖1可見,20g/L NaOH 90g/L NaCl的洗脫效果最好,只用3 0mL就可以洗脫完全;而10 g/L NaOH 45g/L NaCI的洗脫峰滯后,需要4 mL洗脫液。試驗還表明,單用20g/L NaOH或100g/L NaCl都不能將柱上吸附的Cr( 洗脫下來。本實驗采用20g/L NaOH 90g/L NaCl 作為洗脫劑,這是由于Cr( 以陰離子(CrO2-4形式存在,一個鉻原子需要占據交換劑的兩個活性中心。當上柱酸度為pH4 0時,重鉻酸鹽可以充分地轉化為鉻酸鹽,鉻酸鹽

10、可被過量的氯離子淋洗下來,其原因可能是由于形成氯化鉻絡合物。洗脫劑中的NaOH組分只使重鉻酸鹽轉化為容易再生的鉻酸鹽,并不能將柱上的Cr( 洗脫下來,真正起作用的是Cl-。所以在酸性條件下只用NaCl從強堿性陰離子交換樹脂上洗脫Cr ( 時會有嚴重的拖尾現象。圖1 洗脫曲線Fig 1 Elution curve2 2 富集倍數取10 g Cr( 標準工作液4份,用pH4 0洗滌液分別稀釋至10m L、25m L、50m L、100 mL,另取6 g、2 g Cr( 標準工作液同樣分別稀釋至100mL,按實驗方法(1 2 1進行分離富集,洗脫液接于25m L比色管中,按實驗方法XU W ei d

11、ong,SU N R ong,WEN Xiao qin.Study o n the adso rptio n behavio r of ion exchangechr omatog r aphic micr ocolumn to chro mium( and its analy tical applicat ion.M eta llur gical A nalysis,2010,30(7:72 75(1 2 2測定吸光度。根據公式CF=C A(/C A(#計算Cr( 的富集倍數見表2。式中:CF為富集倍數;C A(為富集后A組分在富集相中的濃度;C A(#為富集后A 組分在原溶液中的濃度。從表

12、2可見,陰離子樹脂微型交換柱對鉻( 的吸附效果很好,回收率在98 7%105 0 %之間;當0 020 1 g/mL鉻( 溶液通過交換柱時,富集倍數為33 3。可見,本法可用于處理低含量鉻的水樣。表2 Cr( 的富集倍數Table2 Enrichment factor of Cr( 序號N o.溶液總體積(mLT otal volume加入Cr( 的量( gA dded回收率(%Reco ver y富集倍數Enr ichment factor1 2 3 4 5 6102550100100100101010106298 7100 099 7102 0101 0105 03 338 3316 73

13、3 333 333 32 3 共存離子的最大允許量用二苯碳酰二肼光度法10測定鉻( ,選擇性較高,主要的干擾元素為鐵、釩、鉬,本實驗對這3種元素的最大允許量進行探討。取10 g Cr( 標準工作液于小燒杯中,分別加入不同量的共存離子,混勻后移入已平衡好的陰離子交換樹脂柱,用0 5mL洗滌液淋洗,待溶液流干后,用3mL洗脫劑分3次洗脫,收集于25mL比色管中,按實驗方法(1 2 2測定吸光度。當相對誤差%5%時,共存離子允許量( g為:Fe(&(4000,未做最大允許量,Mo ( (3000,V(100。3 分析應用3 1 校準曲線、檢出限分別取0、0 5、1 0、1 5、2 0 g C

14、r( 標準工作液按實驗方法進行分離富集后,測定吸光度,并繪制校準曲線。結果表明,Cr( 在00 08 g/m L范圍內服從比爾定律,線性回歸方程: A=0 1662 +0 0024( : g/25mL,相關系數r=0 9998。取扣除空白后吸光值為0 01,得出該方法的檢出限11為0 0023 g/mL。3 2 樣品分析分別移取10m L0 1 g/mL Cr( 標準溶液由GBW079813Cr( 標準溶液(100mg/L,中國地質科學院物化探研究所稀釋而成和50 mL含Cr( 工業廢水,按實驗方法進行分離富集后測定,結果見表3。表3 實際水樣中Cr( 的分析結果Table3 Determin

15、ation results of Cr( in real water samples樣品Sam ple 測定值( g/mLFo und相對標準偏差(%,n=6R SD原子吸收法測定值( g/mLF ound by A A S工業廢水Industr ial w astewater Cr( 標液0 033,0 034,0 0360 037,0 037,0 0390 095,0 096,0 0960 098,0 099,0 106 12 10 0380 099參考文獻:1馬紅梅,朱志良,張榮華,等.弱堿性陰離子交換樹脂富集ICP AES測定環境水體中Cr( 和有機態Cr (&的研究J.光譜學

16、與光譜分析(Spectro sco py and Spectr al A naly sis,2007,27(1:165 168.2曹麗華,閆永勝,趙干卿,等.離子交換樹脂預濃集薄層樹脂相分光光度法測定水中鉻( 和鉻(&J.冶金分析(M etallurgical Analysis,2006,26(5:72 74 3李洪英,馬彥林.固相萃取分光光度法測定水環境中Cr( J.冶金分析(M et allur gical A naly sis, 2008,28(2:48 51.徐衛東,孫榮,溫小琴.離子交換微色譜柱對鉻( 吸附行為的研究和分析應用.冶金分析,2010,30(7:72 754杜昌順

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