pH 對吸附過程的影響研究

本實驗採用四尾柵藻新鮮藻液10 mL 分別吸附三種稀土離子（Nd³⁺、Eu³⁺、 Gd³⁺）溶液，錐形瓶中溶液總體積共50 mL，藻幹重濃度為 0.32 g/L，實際實驗 過程中所使用的Nd³⁺初始濃度分別為： 12.61 mg/L、31.14 mg/L；Eu³⁺初始濃度 分別為13.51 mg/L、39.22 mg/L； Gd³⁺初始濃度分別為15.26 mg/L、34.60 mg/L。考察在初始 pH 值約為 4~8 時，反應開始 120 min 後微藻對於稀土離子的 吸附量。其中，含有Nd³⁺的溶液pH 值分別為：4.35、5.35、6.45、7.20、8.45（±

0.03）；含有 Eu³⁺的溶液pH 值分別為：4.02、5.25、6.20、7.20、8.20（±0.05）；

含有Gd³⁺的溶液pH 值分別為：4.05、5.45、6.15、7.20、8.33（±0.03）。實驗結果 如下圖所示：

圖 4-18. pH 值對四尾柵藻吸附 Nd³⁺的吸附率的影響

圖 4-19. pH 值對四尾柵藻吸附 Eu³⁺的吸附率的影響

圖 4-20. pH 值對四尾柵藻吸附 Gd³⁺的吸附率的影響

由圖4-18、圖 4-19、圖 4-20 可以看出，當 pH 值為 4 時，四尾柵藻對三種稀 土離子的吸附率都很低，此時溶液中的H^:濃度較高，容易與Nd^1:、Eu^1:、Gd^1:

競爭表面吸附位，即細胞表面的吸附位點被質子化，因為相同的正電荷離子之間 產生了排斥力，從而導致了不管稀土離子初始濃度高低如何，在低pH 值的情況 下，同樣帶正電的稀土離子難以被吸附。當pH 在 4~8 範圍內時，隨著 pH 的升

高，微藻的吸附率也隨之增加，反應了當pH 升高且處於適宜範圍時，一方面微 藻細胞表面的官能團更多地帶上了負電荷，由於靜電作用，更好的促使了三價態 的稀土離子吸附在細胞表面，另一方面堿性的水溶液環境更有利於藻類生存，因 為堿性系統易於捕獲大氣中的二氧化碳，有利於主動運輸的發生，從而提高吸附 量。

pH 值除了影響微藻表面的官能團，同時也會影響著稀土離子在溶液中的離 子形態，而稀土元素的水化學行為受其溶液形態的強烈影響。當溶液的pH 大於 7.31 時，Nd^1:會產生紫紅色的Nd(OH)₁微沉澱；當pH 值大於 6.82 時，Eu^1:會產 生白色的Eu(OH)₁微沉澱；當pH 值大於 6.83 時，Gd^1:會產生白色的Gd(OH)₁微 沉澱（洪廣言， 2016）。但是，在以上的吸附實驗中所設置的 pH 大於稀土離子 沉澱pH 時，觀察反應瓶中的溶液並未明顯出現上述的氫氧化物沉澱（見圖 4-21），且當實驗中 pH 處於 7~8 範圍時，三種稀土離子的吸附率都達到一個較高 的值。造成這樣的原因，猜測可能是因為四尾柵藻在該pH 值範圍內處於適宜生 長狀態，藻類呼吸作用產生的CO_!溶於水中會促進H^:的生成，使得溶液中的pH 值下降，因此稀土離子並未出現氫氧化物沉澱。

圖 4-21. pH 約為 8 時含不同稀土離子的藻液觀察圖

（A：含 Nd³⁺的藻液；B：含 Eu³⁺的藻液；C：含 Gd³⁺的藻液）

為驗證以上猜想，吸取10 mL 四尾柵藻藻液（藻幹重濃度：1.50 g/L）於 250 化物的沉澱pH，因此利用 Visual-minteq 軟件對溶液中的水化學離子平衡進行計 算，結果如表4-5 所示。

表 4-5. 在不同條件下的稀土離子形態分佈

% of total concentration C0：12.61 mg/L C0：31.14 mg/L

稀土

離子 pH Species name

% of total concentration

C0：13.51 mg/L C0：39.22 mg/L

% of total concentration

C0：13.51 mg/L C0：39.22 mg/L

稀土

離子 pH Species name

% of total concentration

C0：15.26 mg/L C0：34.60 mg/L

% of total concentration

C0：15.26 mg/L C0：34.60 mg/L mg/L 時，單位吸附容量最大為 122.31 mg/L。當 pH=8.33（±0.03）、Gd³⁺的起始濃