一價、二價、三價金屬競爭吸附試驗

經文獻及上述研究已證實奈米樹狀高分子複合磁性金屬是具有去除 重金屬之能力，且改變 pH 也有效改變其去除能力。故在本試驗中，將 進行競爭吸附之試驗，確認材料是否具有選擇性。試驗過程分別測試不 同價數金屬 (一價、二價、三價)，並改變不同試驗環境進行討論。

在 pH 4 的條件下，使用一價金屬 (K⁺、Li⁺)、二價金屬 (Zn²⁺、Cu²⁺)、

三價金屬 (Al³⁺)，在相同濃度 (10 mg/L)及相同材料 (MNP-G3 0.1 g)下進 行測試。結果於圖 4.22 發現，以三價金屬去除效率最佳，可以達 80 %，

一價及二價金屬如先前所討論結果相同較差。此結果和圖 4.16 單一金屬 測試結果相近，去除效率同為高價會較低價容易有錯合反應發生，但本 階段發現在低 pH 競爭吸附結果中，Cu²⁺去除效率高於 Zn²⁺，可以推測 為因為 MNP-G3 於此不利於電荷相吸，目前機制可能只有錯合反應之進 行，而由此結果看來，Cu²⁺在低 pH 值時，錯合能力會高於 Zn²⁺；另一 方面，原本單一測試之 K⁺去除率約為 80 %，在競爭吸附階段去除能力 明顯下降，推測在此批次試驗，低價數之吸附能力會受高價數金屬有所 壓縮。

Time (hr)

0 2 4 6 8 10

C/C 0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

K + Li + Zn 2+

Cu 2+

Al 3+

圖4.22 不同價數金屬於 pH 4 競爭吸附關係圖 (MNP-G3 = 0.1 g, Conc. = 10 mg/L, 25 ℃)

在 pH 5 的條件下進行去除金屬 K⁺、Li⁺、Zn²⁺、Cu²⁺之試驗，濃度 分別使用 10 mg/L 混合溶液。結果由圖 4.23 發現，缺少三價金屬的影 響，二價金屬去除效率明顯提升，反觀一價金屬去除效率依舊不顯著。

推測在於競爭吸附系統中，每單位重量的 MNP-G3 所能錯合配位基之位 址有限，因此當水體中未添加易錯合之三價金屬後，就可以看出其他金 屬吸附量明顯上升，比較圖 4.22 與圖 4.23 中實驗結果可得知，價數是 會影響吸附能力，當價數越高，吸附能力越強；相對地，價數較低之金 屬，吸附能力越弱。這和Jiang (2007)提到，利用高分子材料對鹼金族較 無去除效果外的試驗結果相符合。

Time (hr)

0 2 4 6 8 10

C/C 0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

K + Li + Zn 2+

Cu 2+

圖4.23 不同價數金屬於 pH 5 競爭吸附關係圖 (MNP-G3 = 0.1 g, Conc. = 10 mg/L, 25 ℃)

此試驗繼續將 pH 提升至 6，操作條件為濃度 10 mg/L、材料為 0.1 g 時，從圖 4.24 明顯可以看出除了 Li⁺及 Cu²⁺之外，K⁺去除效率提升 10

%之效果，其中以 Zn²⁺去除率由 30 % 提升到 60 % 為最佳。證實提高 pH 是有助於去除效率。另外可以發現，當競爭吸附環境中少掉一金屬 時，其它金屬之吸附量都有上升趨勢，故可推定 MNP-G3 吸附量是固定 的。

Time (hr)

0 2 4 6 8 10

C/C 0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

K + Li + Zn 2+

Cu 2+

圖4.24 不同價數金屬於 pH 6 競爭吸附關係圖 (MNP-G3 = 0.1 g, Conc. = 10 mg/L, 25 ℃)

二價金屬最為明顯，平均去除效率達 60 %，反觀一價金屬就沒有顯著效 果，和文獻結果相較下，鹼金族金屬確實無顯著去除效率。此外，由這 一系列改變 pH 值的試驗中發現，奈米樹狀高分子複合磁性金屬針對去 除重金屬混合液發現，本材料具有選擇性。目前試驗證實，當金屬離子 價數越高，其去除效率會隨 pH 值升高而增加。

Time (hr)

0 2 4 6 8 10

C/C 0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

K + Li + Zn 2+

Cu 2+

圖4.25 不同價數金屬於 pH 7 競爭吸附關係圖 (MNP-G3 = 0.1 g, Conc. = 10 mg/L, 25 ℃)

將圖 4.25 之結果和圖 4.20 進行比較發現，單獨進行 Zn²⁺去除時，

去除效率可以達到 80 %，反觀當進行競爭吸附試驗時，去除效果卻只有 剩下 70 %；針對 Cu²⁺也是有去除率下降之結果發生，故推測重金屬的去 除和 MNP-G3 的使用量有密切關係，推測每一單位高分子複合材料是具 有固定吸附位址，所以系統中如一金屬吸附量明顯提升時，必會壓縮到 其他金屬離子被吸附量。但也由此競爭吸附結果發現，在本試驗中，二 價金屬之去除能力會高於一價金屬。