底泥沉積物和消落帶土壤對(duì)重金屬的吸附性能及其機(jī)制研究.pdf

1、隨著工業(yè)、制造業(yè)、農(nóng)業(yè)等的發(fā)展，在冶金、化工、造紙、農(nóng)藥、化肥等生產(chǎn)過程中會(huì)伴隨產(chǎn)生大規(guī)模的高濃度含重金屬污染廢水，只有少部分有處理能力的工廠會(huì)將廢水處理后排放。大多數(shù)未經(jīng)處理過的含重金屬廢水將自然水體作為的主要受納對(duì)象，因此自然水體受到了很大的生態(tài)和環(huán)境沖擊和破壞，近十年來，河流水體重金屬污染事件不斷增加。研究表明進(jìn)入水體后的重金屬污染物會(huì)隨水力運(yùn)動(dòng)和物理化學(xué)作用迅速沉淀和積累在河流底泥沉積物和消落帶土壤中。沉積物和岸邊消落帶作為重金

2、屬的主要受納場(chǎng)所，其含量往往超過水體中重金屬含幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此研究重金屬在底泥沉積物和消落帶土壤中的賦存形式，存在環(huán)境以及吸附機(jī)理顯得十分重要。
　　本研究以三峽庫區(qū)重慶主城段一次級(jí)支流—御臨河底泥沉積物和消落帶土壤為研究對(duì)象，分析該條河流底泥沉積物和消落帶土壤中元素組成成份，背景重金屬含量，并選擇Ni、Hg、As三種重金屬作為代表性重金屬進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)試驗(yàn)，從吸附平衡時(shí)間、平衡吸附量、吸附動(dòng)力學(xué)方程等方面分析吸附進(jìn)行的過

3、程，再從吸附等溫曲線、吸附熱力學(xué)以及底泥沉積物和消落帶土壤對(duì)重金屬吸附后的表征試驗(yàn)進(jìn)一步探究重金屬的吸附機(jī)理。
　　從對(duì)本次研究的庫區(qū)次級(jí)支流底泥沉積物和消落帶土壤背景元素分析得到，底泥沉積物和消落帶土壤中的主要元素為O、Si、C、Al。從傅立葉變換紅外光譜分析可以看出，底泥沉積物和消落帶土壤具有相似的化學(xué)官能團(tuán)。由于該條河流自然環(huán)境保護(hù)較好，周圍并無大型工況企業(yè)，根據(jù)底泥沉積物和消落帶土壤背景重金屬濃度檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合《土壤環(huán)境

4、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)，并未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)重金屬，重金屬含量屬于自然背景值。
　　通過三種重金屬的吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)得出，底泥沉積物和消落帶土壤對(duì)Ni的吸附性能最好，其次是Hg，底泥沉積物和消落帶土壤對(duì) As幾乎不吸附。吸附平衡時(shí)，用準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)擬合得出底泥沉積物和消落帶土壤對(duì)Ni的平均吸附量為2.922mg/g，Hg的平均吸附量為1.768mg/g。通過吸附動(dòng)力學(xué)曲線可以得出，在吸附進(jìn)行約40min左右，底泥沉積物和消

5、落帶土壤對(duì)重金屬的吸附量已經(jīng)趨于飽和，在吸附進(jìn)行4h后，結(jié)束吸附，達(dá)到吸附飽和，吸附量幾乎不再增加。用常見的動(dòng)力學(xué)吸附模型對(duì)底泥沉積物和消落帶土壤吸附重金屬進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合，綜合對(duì)比各吸附動(dòng)力學(xué)模型擬合情況，Elovich模型相關(guān)系數(shù)最高，最適合描述底泥沉積物和消落帶土壤對(duì)Ni和Hg的吸附過程，其次是準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型、一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，內(nèi)擴(kuò)散模型擬合相關(guān)系數(shù)最差。
　　在吸附熱力學(xué)試驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，底泥沉積物和消落帶土壤對(duì)Ni的吸附

6、是吸熱過程，溫度升高有利于對(duì) Ni的吸附，溫度從15℃升高到25℃對(duì)吸附量的增加值大于溫度從25℃升高到35℃的吸附量，F(xiàn)reundlich吸附等溫方程比Langmuir吸附等溫方程能更好的描述底泥沉積物和消落帶土壤對(duì)Ni的吸附過程。底泥沉積物和消落帶土壤對(duì)Hg的吸附是放熱過程，溫度降低有利于對(duì)Hg的吸附，溫度從35℃降低到15℃對(duì)吸附量的有所增加，Langmuir吸附等溫方程比Freundlich吸附等溫方程能更好的描述泥沉積物和消落

7、帶土壤對(duì)Hg的吸附過程。
　　對(duì)比底泥沉積物和消落帶土壤吸附重金屬前后傅里葉紅外光譜變化看出，吸附重金屬后底泥沉積物和消落帶土壤中的羧酸（-COOH）官能團(tuán)吸收峰位置發(fā)生變化，可以推測(cè)當(dāng)?shù)啄嗪拖鋷寥牢絅i和Hg時(shí)，羧基官能團(tuán)對(duì)吸附起到貢獻(xiàn)作用的。進(jìn)一步用 X射線光電子能譜探究重金屬在底泥沉積物和消落帶土壤中的成鍵形式，從XPS圖譜上得出Ni主要是與底泥和消落帶中的O結(jié)果形成Ni-O鍵，Hg也是形成 Hg-O，部分 As被底泥