天然無機(jī)納米顆粒對有機(jī)污染物的吸附作用與機(jī)理.pdf

1、隨著納米技術(shù)的突飛猛進(jìn)，納米科學(xué)已發(fā)展成為多學(xué)科交叉領(lǐng)域內(nèi)的前沿，引起了極大的興趣。人工納米顆粒對人類、動物、植物都存在一定的毒性。針對人工納米顆粒的局限性，研究天然納米顆粒對有機(jī)污染物的吸附作用與相關(guān)機(jī)制，評價環(huán)境友好型天然納米顆粒作為吸附劑去除有機(jī)污染物的能力和相關(guān)機(jī)制能為其在污染環(huán)境治理中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。本文采用批量平衡法，研究了三種天然無機(jī)納米顆粒（納米級的赤鐵礦、蒙脫石和高嶺石）對可離子化的有機(jī)污染物五氯酚(PCP)和非離

2、子型有機(jī)污染物菲（PHE）的吸附，并討論了環(huán)境pH和離子強(qiáng)度對吸附過程的影響。獲得主要研究結(jié)果如下:
　　(1)發(fā)現(xiàn)三種納米顆粒對PCP和PHE的吸附依賴于溶液的pH條件。當(dāng)pH＜pKa(4.75)時，納米赤鐵礦對PCP的吸附量較高;而其對PHE在相對高或低的pH值范圍內(nèi)吸附量均較高（如pH＜4.0及pH＞12.0），這可能是由于較高凈電荷和電荷密度致使納米赤鐵礦暴露的表面積較大而引起的。不同pH下納米蒙脫石對PCP的吸附能力為:

3、pH10＜＜pH6＜＜pH4，當(dāng)pH＜pKa(4.75)時，PCP吸附量較高;而其對PHE的吸附量和吸附能力則為:pH4＜pH6＜pH10。不同pH下納米高嶺石對PCP的吸附能力為:pH10＜pH6＜pH4，而對PHE吸附量和吸附能力則為:pH4＜pH6＜pH10。在pH6和10時，疏水作用在納米蒙脫石和納米高嶺石對PCP和PHE吸附過程中占主導(dǎo)地位;而在pH4時，氫鍵作用強(qiáng)于疏水作用，占主導(dǎo)地位。因此，pH可通過修飾吸附劑表面特征和吸

4、附質(zhì)分子電荷特性影響納米顆粒對有機(jī)污染物的吸附，其潛在的機(jī)制取決于氫鍵、靜電作用、疏水作用及納米顆粒的團(tuán)聚效應(yīng)這四種可能的相互作用。
　　(2)發(fā)現(xiàn)鹽基離子可通過影響納米顆粒的界面聚合效應(yīng)而調(diào)控其穩(wěn)定性。納米赤鐵礦、納米蒙脫石和納米高嶺石對PCP和PHE的吸附隨不同類型離子(Na+、K+、Mg2+、Ca2+)濃度的增加而降低。在低離子強(qiáng)度下，三種納米顆粒對PCP和PHE的吸附量較高。隨著離子強(qiáng)度增加，納米顆粒穩(wěn)定性減弱，團(tuán)聚增加，

5、供有機(jī)污染物吸附的位點減少，因此三種納米顆粒對PCP和PHE的吸附隨濃度的增加而降低。此外，金屬離子與吸附劑表面配位形成的水化膜的競爭吸附、以及吸附劑分子表面電荷屏蔽作用也是抑制三種納米顆粒對PCP和PHE吸附的作用機(jī)制。
　　(3)揭示出不同天然納米顆粒對PCP和PHE的吸附能力和機(jī)制不盡相同?？傮w上，納米蒙脫石的吸附能力強(qiáng)于其他兩種天然納米顆粒。不同天然納米顆粒對PCP的吸附量遵循納米蒙脫石＞＞納米赤鐵礦＞納米高嶺石的順序。不

6、同天然納米顆粒對PHE的吸附量和Kd值則遵循納米蒙脫石＞納米高嶺石＞納米赤鐵礦的順序。這種吸附性能的差異可能由不同納米顆粒表面性質(zhì)和晶型結(jié)構(gòu)引起。此外，通過天然納米顆粒和人工納米顆粒對有機(jī)污染物吸附性能之間差異的綜合比較，發(fā)現(xiàn)天然納米顆粒由于具有較高的吸附量、高的吸附親和力、吸附速率快、不具有潛在的生態(tài)危險且成本較低等特點，其對有機(jī)污染物的吸附可能比人工納米顆粒更為有效。因此，應(yīng)用天然納米顆粒修復(fù)有機(jī)污染環(huán)境可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和生態(tài)