活性炭在富集镉离子中的应用

　　重金属对环境的污染是比较重要的问题之一，镉存在于自然环境中但是也是一种金属污染物。因此，有必要即使在痕量水平下也要控制镉的存在，并用灵敏的分析技术监测镉的浓度。痕量测定的分析方法需要在分析程序中从基质中对分析物进行预浓缩和分离。然后我们研究了用十二烷基硫酸钠改性的活性炭作为固相吸附剂对水样品中痕量镉的分离和预浓缩。

　　活性炭对镉预浓缩程序

　　直接加入活性炭，并搅拌至纯水中。为了进行吸附，将悬浮液倒入色谱柱中，并将活性炭置于膜滤器上。调节pH后，将含有镉和十二烷基硫酸钠的样品溶液以固定的流速通过装有活性炭的过滤器。随后，倒入洗脱液以从活性炭中解吸吸附的镉离子。通过火焰原子吸收光谱法测定收集的洗脱液。该预浓缩过程如图1所示。发现通过将含有相对低浓度的样品溶液通过装有活性炭的过滤器，尝试改性活性炭上预浓缩镉，同时将十二烷基硫酸钠改性为活性炭表面。值得注意的是过程中酸洗脱可能会损害雾化器。汽提能力取决于酸洗液的类型，浓度和体积。所以要选择合适的酸或者混合液来当做洗脱液。

　　图1：使用十二烷基硫酸钠改性的活性炭进行镉预浓缩的实验程序。

　　活性炭表面活性剂的作用

　　在系统的镉预浓缩中，活性炭添加十二烷基硫酸钠可以很好提高镉的回收率。因此，研究了表面活性剂对流动系统中镉富集的影响。发现原因可能是由于带正电的亲水基团和镉离子之间的静电排斥，非离子表面活性剂的存在使回收率略有下降。

　　镉吸附在活性炭中的机制

　　镉吸附在改性活性炭上的机制在图2中显示。因为零点电荷(ZPC)的pH ZPC为2.2，所以活性炭表面在3到10的pH范围内可能会变为负值。因此，疏水性尾基为烷基(-C 12 H 25)可以连接到活性炭表面，并且带负电荷的亲水头(如磺酸盐基团)面向本体溶液。带正电的镉离子可能与活性炭表面或亲水头的吸附位置有关。另外，可以认为与镉离子结合的十二烷基硫酸钠的吸附也可能作为预浓缩机理而发生。根据十二烷基硫酸钠的作用，亲水头部和镉离子之间的相互作用过程将成为预浓缩的主要过程。为了证实所提方法的有效性，本程序用于不同环境样品(如雨水和矿泉水)中镉的富集和测定。

　　图2：镉离子被十二烷基硫酸钠和活性炭吸引/吸收的反应机理。

　　十二烷基硫酸钠改性活性炭被用作吸附剂，用于有效地预富集和测定流动系统中的痕量镉离子。优化条件的结果是，所提出的方法给出了定量和可重复的结果。该方法简便，快速，富集系数高。此外，非常有利的是，本方法不需要有机溶剂。