海藻酸钠多种金属离子的吸收

1、海藻酸钠对水体中重金属离子的吸附作用海藻酸钠（Sodium Alginate, 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-聚予-D甘露糖醛酸 和a-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32000200000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

2、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

3、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（50ml 200ml 250ml 500ml 若干）、锥形瓶，容量瓶（25ml 20C 200ml 20C、250ml 20C）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 12h，溶解后，加入100ml的蒸馏

4、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12h， 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12h， 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0.01ml/L Pb（NO3）2溶液的配置：

5、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。0.02ml/L Pb（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0.009ml/L CaCl2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

6、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。0.012ml/L CaCl2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。0.014ml/L CaCl2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。0.015ml/L CaCl2溶液的配置：用电子天平称取 0.4163g的CaCl

7、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。（c）ZnSO4溶液的配置0.02ml/L ZnSO4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。0.03ml/L ZnSO4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，

8、标注，保存。0.04ml/L ZnSO4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0.01ml/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。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

9、，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。1%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。0.1%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

10、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10ml 1%海藻酸钠，20ml蒸馏水，20ml 0.01mol/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23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

11、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/L Pb2+溶液和 20ml0.02mol/L Pb2+溶液b、10ml1%海藻酸钠 20ml0.009

12、mol/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

13、，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 20ml 0.02mol/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.

14、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

15、横坐标。1%Agl对不同浓度Pb2+的吸收535251503.2.L0.: it量的子离附吸1每Agl对 0.01mol/ LPb2+的 吸收Agl对 0.02mol/ LPb2+的 吸收2468 10 12 14 16 18 20吸附时间（h）a 10ml1%海藻酸钠 20ml0.01mol/L 和 20ml0.02mol/L Ca2+溶液1%Agl对不同浓度Ca2+的吸收-3 2 7 12 17 22 27 32 37 42 47 52 57 62 67 72)STlomm 量的子离分电吸1电每Agl对 0.009mo l/LCa2+ 的吸收Agl对 0.015mo l/LCa2+ 的吸收

16、吸附时间（h）1%Agl对不同浓度Zn2+的吸收I 4 2 o 098765432101:t量的子离玄k吸1电每-4* Agl对 0.02mol/ LZn2+的 吸收Agl对 0.03mol/ LZn2+的 吸收6810 12 14 16 18 20 22 24吸附时间（h）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

17、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/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，需要对比海

18、藻酸钠在不同时间海藻酸钠对不同浓度的金属离子的 吸附能力，根据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，知道其应该在12h时基本到达一个吸附平衡，因此刚开始 时间间隔依然分为2h，12h后的实验分为4h，按照同浓度的海藻酸 钠对不同浓度的金属离子吸附对比的凝胶反应另做一组实验。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: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时间每克Agl吸收离子的量（mmol/g）时间每克Agl吸收离的量（mmol/g）时间每克Agl吸收离的量（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把上述数据弄坐标图表示出来，用母克Agl吸收离子的量（mmol/g） 为纵坐标，反应的时间（h）为横坐标。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） 量的子离收吸Ik每吸附时间(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） 量的子离收吸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量的子离收吸每*1%Agl510152025吸附时间（h） 一 -.-2%Agl通过不同浓度的海藻酸钠对同一浓度的金属离子吸附数据的图标，可 以明显的得出：1、不同浓度的海藻酸钠，对同一种类同一浓度的离子，其在 12小时左右同样基本达到一个吸附平衡。2、不同浓度的海藻酸钠，对同一种类

22、同一浓度的离子，浓度大 的海藻酸钠吸附能力不一定大，测得络合比大概为2。(络 合比=海藻酸钠的物质量(n)/离子的物质的量(n)3、同浓度的海藻酸钠对不同浓度的金属离子吸附数据与不同 浓度的海藻酸钠对同一浓度的金属离子吸附数据对比，得 出：不是海藻酸钠的浓度越大其吸附能力越大，所以海藻酸 钠的吸附能力不能依据其浓度的高低来判断，要通过络合比 来判断，具体的最佳络合比需要进一步实验获得，此处不讨 论。(络合比=海藻酸钠的物质量(n)/离子的物质的量(n)D、凝胶时间对Agl对金属离子吸附的影响从前几组的实验数据可以看出，凝胶时间对Agl对金属离子吸 附有明显的的影响，讨论凝胶时间对Agl对金属离

23、子吸附的影响，可以从前面的实验中选取数据，具体实验数据的选取如下表:10ml1%Agl与20ml不同的金属离子时间（h）每克Agl吸收离子的量（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:）吸附时间（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+从上述实验数据图标的曲线可以得出：1、海藻酸钠在前8个小时，对离子的吸收速率是最大的。2、曲线斜率有刚开的最大逐渐变小，随时间的进行，最后接近0， 可以得出：海藻酸钠在对离子吸收时吸收速率随时间的进行是逐渐变 小的，最后达到平衡。3、从前4个小时三组曲线斜率可以得出：Pb2+离子曲线斜率最小， Zn2+离子曲线斜率最大，则说明海藻酸钠的吸附能力不能通过其吸附 速率进行判断，还是应该通过其络合比来判断。四、实验结论通过上面几种金属离子的简单对照

25、，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，不同浓度的海藻酸钠对同一浓度金 属离子的吸附比较，凝胶时间对Agl对金属离子吸附的影响四组实验 的数据，可以得出：1、Agl对Pb2+、Ca2+、Zn2+金属离子的吸收存在一个平衡，在12 小时左右达到平衡。2、Agl对Pb2+、Ca2+、Zn2+金属离子的吸附能力大小：Pb2+ Ca2+ Zn2+3、时间对Agl对Pb2+、Ca2+、Zn2+金属离子的吸附有明显影响， 前8个小时最大,12小时左右达到平衡。4、Agl浓度的大小和其对金属离子吸收速率的大小不能做为判 断Agl对金属离子吸附能力大小的判断。五、实验心得在过去的一年里，我们得机会参加了王晓敏老师组织的海藻酸 钠对水体中重金属离子的吸附作用个性化性实验。在实验过程中我 们学会了很多有用的知识。如再查资料的时候了解到海藻酸钠的不同 用途及现在的发展现状等等，使我们对海藻酸钠的价值以及研究方向 有了更深刻的认识，而且在分析了藻酸钠对水体中重金属离子的吸 附作用数据后，参考文献得出了自己的结论，更重要的是我们积