鐵氧化物-腐殖酸復(fù)合物對(duì)重金屬汞的吸持特性研究.pdf

1、腐殖酸廣泛分布于土壤和水體,是一類帶有羧基、羥基等多種功能基團(tuán)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子有機(jī)物,對(duì)環(huán)境中有機(jī)、無(wú)機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化和生物活性影響深刻。鐵氧化物是土壤和沉積物中最重要的礦物組成之一,具有巨大的比表面積和表面氧化還原與配位絡(luò)合能力。腐殖酸和鐵氧化物通過不同的機(jī)制,均能強(qiáng)烈吸附重金屬離子,并由此對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的形成、土壤層次分異、土壤與水環(huán)境中重金屬離子的存在形態(tài)、生物有效性和環(huán)境毒性、環(huán)境物質(zhì)循環(huán)等產(chǎn)生深刻的影響。在實(shí)際環(huán)境中,鐵氧化物與腐

2、殖酸共存于土壤和水體,它們之間存在復(fù)雜的交互作用,因此其表面化學(xué)性質(zhì)勢(shì)必顯著區(qū)別于單體系,從而對(duì)重金屬的吸持特性產(chǎn)生重大影響。目前關(guān)于鐵氧化物與腐殖酸相互作用及作用后的形成的復(fù)合物結(jié)合汞的研究甚少,鐵氧化物.腐殖酸復(fù)合物與汞的反應(yīng)機(jī)制尚不十分清楚。
　　 為此,本文考慮了介質(zhì)pH、離子強(qiáng)度對(duì)鐵氧化物及其與腐殖酸的復(fù)合物吸附汞的影響,采用等溫吸附-解吸熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的方法,系統(tǒng)探討腐殖酸與鐵氧化物相互作用前后對(duì)重金屬汞吸附-解吸特

3、征。通過X射線衍射和掃描電子顯微鏡,了解鐵氧化物復(fù)合物吸附汞前后的光譜特征的變化,初步探討鐵氧化物-腐殖酸復(fù)合物對(duì)汞的吸附機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
　　 不同類型鐵氧化物對(duì)腐殖酸吸附容量差異較大。針鐵礦對(duì)腐殖酸的吸附容量大于赤鐵礦和水鐵礦,三種鐵氧化物對(duì)腐殖酸的等溫吸附用Langmuir方程擬合最好。擬合最大吸附量:針鐵礦(7.73μg/g)＞水鐵礦(3.14μg/g)＞赤鐵礦(2.25μg/g)。pH值和離子強(qiáng)度是兩個(gè)影響鐵氧

4、化物吸附腐殖酸的重要因素。隨pH值的增加,三種鐵氧化物對(duì)腐殖酸的吸附量降低,存在一個(gè)吸附量急速降低范圍(4＜pH＜7)。隨離子強(qiáng)度的增加,三種鐵氧化物對(duì)腐殖酸的吸附量增加,當(dāng)離子強(qiáng)度大于0.01mol/L時(shí),吸附量基本穩(wěn)定,為2μg/mg左右。不同pH值和離子強(qiáng)度條件下,鐵氧化物吸附腐殖酸后,腐殖酸難以解吸,解吸率非常低,在0.8%-2%之間。不同離子強(qiáng)度條件下解吸難易程度(平均解吸率):水鐵礦(1.26%)＞赤鐵礦(1.04%)＞針鐵

5、礦(0.97%);不同pH值條件下:赤鐵礦(1.32%)＞水鐵礦(1.19%)＞針鐵礦(1.06%)。
　　 不同類型鐵氧化物及鐵氧化物.復(fù)合物對(duì)汞的吸附容量同樣存在較大差異。針鐵礦對(duì)汞的吸附容量大于赤鐵礦和水鐵礦;鐵氧化物與腐殖酸復(fù)合物對(duì)汞的吸附容量則表現(xiàn)為針鐵礦復(fù)合物＞水鐵礦復(fù)合物＞赤鐵礦復(fù)合物。赤鐵礦和水鐵礦對(duì)汞的等溫吸附能較好的用Freundlich方程和Langmuir方程擬合,但針鐵礦擬合情況較差(R2=0.7948

6、);復(fù)合物對(duì)汞的吸附用Freundlich方程擬合情況較好,Langmuir方程擬合最大吸附量與實(shí)際最大吸附量存在較大的差別。pH值對(duì)吸附的影響表明,隨pH值的增加吸附量增加,吸附曲線呈“S”型,鐵氧化物和復(fù)合物對(duì)汞的吸附都存在一個(gè)較小的pH值躍遷范圍(5.5＜pH＜7)。當(dāng)pH從5.5上升到7時(shí),針鐵礦對(duì)汞吸附量從65μg/g左右上升到330μg/g左右,赤鐵礦和水鐵礦分別增加20%μg/g、230μg/g;三種復(fù)合物分別增加226μ

7、g/g、132μg/g、175μg/g。pH主要通過影響Hg2+在溶液的水解和鐵氧化表面性質(zhì)影響鐵氧化物及其復(fù)合物對(duì)汞的吸附。隨離子強(qiáng)度的增加,鐵氧化物及其復(fù)合物對(duì)汞的吸附量逐漸增加,增長(zhǎng)趨勢(shì)相對(duì)緩慢。不同汞濃度下,解吸率依次為:水鐵礦(12.51%)＞針鐵礦(8.83%)＞赤鐵礦(8.41%);赤鐵礦復(fù)合物(35.28%)＞水鐵礦復(fù)合物(21.92%)＞針鐵礦復(fù)合物(15.49%)。
　　 鐵氧化物-腐殖酸復(fù)合物對(duì)汞的吸附容量

8、較單一鐵氧化物有了一定程度的提高。針鐵礦復(fù)合物、赤鐵礦復(fù)合物對(duì)汞的吸附率分別大于對(duì)應(yīng)的鐵氧化物,吸附率分別提高11.36%和6.97%。水鐵礦復(fù)合物和水鐵礦吸附率大致相當(dāng)。pH值或離子強(qiáng)度對(duì)吸附影響結(jié)果表明,高酸度和高離子強(qiáng)度條件下,復(fù)合物對(duì)汞的吸附率比對(duì)應(yīng)鐵氧化物更高。在7＜pH＜9時(shí),針鐵礦復(fù)合物、赤鐵礦復(fù)合物、水鐵礦復(fù)合物的平均吸附率分別比對(duì)應(yīng)鐵氧化物高:14.00%,9.92%,15.51%。在離子強(qiáng)度大于0.05mol/1時(shí),

9、鐵礦復(fù)合物、赤鐵礦復(fù)合物、水鐵礦復(fù)合物的平均吸附率分別比對(duì)應(yīng)鐵氧化物高:4.96%,5.18%,6.05%。不同離子強(qiáng)度條件下,鐵氧化物-腐殖酸復(fù)合物對(duì)汞的解吸率遠(yuǎn)大于其對(duì)應(yīng)鐵氧化物。6個(gè)不同離子強(qiáng)度中,離子強(qiáng)度為0時(shí),復(fù)合物與其鐵氧化物解吸率相差最大,分別為:13.10%,34.12%,14.38%。不同pH值條件下,赤鐵礦復(fù)合物和水鐵礦復(fù)合物解吸率高于其對(duì)應(yīng)鐵氧化物,pH=2.5時(shí),赤鐵礦和水鐵礦與其復(fù)合物解吸率相差最大,分別為:4

10、.92%,10.13%;針鐵礦與其復(fù)合物解吸率在6個(gè)不同pH條件下大致相當(dāng)。
　　 鐵氧化物及其鐵氧化物-腐殖酸復(fù)合物對(duì)汞的等溫動(dòng)力學(xué)過程可以分為二個(gè)階段,第一階段吸附量和吸附率遠(yuǎn)大于第二階段,第一階段最后達(dá)到吸附量約占平衡吸附量的85%以上。Elovich方程和拋物線方程都能較好的描述鐵氧化物及其復(fù)合物對(duì)汞的吸附動(dòng)力學(xué)(R2均大于0.8),其中Elovieh方程擬合最優(yōu)。復(fù)合物與鐵氧化物對(duì)比,前者對(duì)汞的吸附速率和吸附量都要大于

11、后者。90%吸附平衡時(shí)間大小依次為:針鐵礦復(fù)合物＜水鐵礦復(fù)合物＜水鐵礦＜赤鐵礦復(fù)合物＜針鐵礦＜赤鐵礦;平衡吸附量大小依次為:針鐵礦復(fù)合物＞水鐵礦復(fù)合物＞針鐵礦＞赤鐵礦復(fù)合物＞水鐵礦＞赤鐵礦。
　　 三種鐵氧化物吸附腐殖酸后XRD掃描圖譜表明:鐵氧化物表面吸附腐殖酸后并沒有改變其本身的晶體結(jié)構(gòu),也沒有形成新的晶格,只是晶格有所增大。通過SEM圖譜發(fā)現(xiàn),鐵氧化物與腐殖酸作用后,其表面出現(xiàn)較為明顯的腐殖酸塊狀結(jié)構(gòu)。鐵氧化物及其復(fù)合物吸