淺談活性炭在鎘離子中的應用
活性炭在富集鎘離子中的應用
重金屬對環境的污染是比較重要的問題之一，鎘存在于自然環境中但是也是一種金屬污染物。因此，有必要即使在痕量水平下也要控制鎘的存在，并用靈敏的分析技術監測鎘的濃度。痕量測定的分析方法需要在分析程序中從基質中對分析物進行預濃縮和分離。然后我們研究了用基硫酸鈉改性的活性炭作為固相吸附劑對水樣品中痕量鎘的分離和預濃縮。
活性炭對鎘預濃縮程序
直接加入活性炭，并攪拌至純水中。為了進行吸附，將懸浮液倒入色譜柱中，并將活性炭置于膜濾器上。調節pH后，將含有鎘和基硫酸鈉的樣品溶液以固定的流速通過裝有活性炭的過濾器。隨后，倒入洗脫液以從活性炭中解吸吸附的鎘離子。通過火焰原子吸收光譜法測定收集的洗脫液。該預濃縮過程如圖1所示。發現通過將含有相對低濃度的樣品溶液通過裝有活性炭的過濾器，嘗試改性活性炭上預濃縮鎘，同時將基硫酸鈉改性為活性炭表面。值得注意的是過程中酸洗脫可能會損害霧化器。汽提能力取決于酸洗液的類型，濃度和體積。所以要選擇合適的酸或者混合液來當做洗脫液。
圖1：使用基硫酸鈉改性的活性炭進行鎘預濃縮的實驗程序。
活性炭表面活性劑的作用
在系統的鎘預濃縮中，活性炭添加基硫酸鈉可以很好提高鎘的回收率。因此，研究了表面活性劑對流動系統中鎘富集的影響。發現原因可能是由于帶正電的親水基團和鎘離子之間的靜電排斥，非離子表面活性劑的存在使回收率略有下降。
鎘吸附在活性炭中的機制
鎘吸附在改性活性炭上的機制在圖2中顯示。因為零點電荷(ZPC)的pH ZPC為2.2，所以活性炭表面在3到10的pH范圍內可能會變為負值。因此，疏水性尾基為烷基(-C 12 H 25)可以連接到活性炭表面，并且帶負電荷的親水頭(如磺酸鹽基團)面向本體溶液。帶正電的鎘離子可能與活性炭表面或親水頭的吸附位置有關。另外，可以認為與鎘離子結合的基硫酸鈉的吸附也可能作為預濃縮機理而發生。根據基硫酸鈉的作用，親水頭部和鎘離子之間的相互作用過程將成為預濃縮的主要過程。為了證實所提方法的有效性，本程序用于不同環境樣品(如雨水和礦泉水)中鎘的富集和測定。
圖2：鎘離子被基硫酸鈉和活性炭吸引/吸收的反應機理。
基硫酸鈉改性活性炭被用作吸附劑，用于有效地預富集和測定流動系統中的痕量鎘離子。優化條件的結果是，所提出的方法給出了定量和可重復的結果。該方法簡便，快速，富集系數高。此外，非常有利的是，本方法不需要有機溶劑。