重金屬離子在不同錳氧化物-水界面上的吸附行為研究.pdf

1、重金屬離子在天然顆粒物/水界面上的吸附作用是影響其在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化、生物可利用性及毒性的重要過(guò)程。錳氧化物是環(huán)境中最常見的礦物，對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素和重金屬污染元素原子的吸持、遷移及有效性、毒性均有及其重要作用。在天然水體系中，顆粒物與水體之間的界面反應(yīng)一直是當(dāng)前環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文將傳統(tǒng)的批量吸附-解吸實(shí)驗(yàn)與新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)(ADIC，CPHS)相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)研究了重金屬Zn2+、Cu2+在幾種結(jié)構(gòu)不同的錳氧化物表面上的吸附-解吸行為，考察了

2、pH值、離子強(qiáng)度、固體顆粒濃度，溫度，反應(yīng)途徑等不同條件對(duì)吸附行為的影響。研究了吸附實(shí)驗(yàn)中的Cp效應(yīng)，初始溶質(zhì)濃度效應(yīng)和吸附可逆性之間的關(guān)系。 按照吸附體系的不同，論文主要分為三部分：一、幾種錳氧化物對(duì)銅離子的吸附-解吸行為(1)實(shí)驗(yàn)分別考察了pH值、離子強(qiáng)度、溫度對(duì)三個(gè)體系吸附反應(yīng)的影響，結(jié)果表明：吸附量隨著溶液pH值的增大、溫度的升高而增加，吸附反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；離子強(qiáng)度對(duì)不同體系的影響不同。不同構(gòu)型的錳氧化物對(duì)銅離子的吸附能

3、力是有差異的，同等條件下錳氧化物對(duì)Cu2+的吸附能力δ-MnO2(Ⅱ)>δ-MnO2(Ⅰ)>α-MnO2。 (2)在pH50及0.1mol/LNaNO3介質(zhì)條件下，實(shí)驗(yàn)測(cè)定了吸附劑濃度為100，200，400mg/L時(shí)解吸和吸附過(guò)程的濃度關(guān)系等溫線，結(jié)果表明：Cu2+在三種錳礦上的吸附可逆性較高，均觀察不到明顯的Cp效應(yīng)，固體顆粒物濃度的改變對(duì)體系吸附可逆性沒有影響。 (3)應(yīng)用ADIC技術(shù)研究了反應(yīng)途徑對(duì)吸附行為的影響

4、，結(jié)果表明：Cu2+-α-MnO2體系沒有初始溶質(zhì)濃度效應(yīng)，而在Cu2+-δ-MnO2(Ⅰ)和Cu2+-δ-MnO2(Ⅱ)體系中，分加次數(shù)越多濃度-等溫線越向下移，存在初始溶質(zhì)濃度效應(yīng)。 反應(yīng)途徑的改變對(duì)三個(gè)體系的吸附可逆性都沒有影響。 (4)應(yīng)用CPHS實(shí)驗(yàn)技術(shù)考察了pH循環(huán)連續(xù)變化對(duì)解吸和吸附過(guò)程的pH關(guān)系等溫線的影響，結(jié)果表明：對(duì)于這幾個(gè)Cu-氧化錳體系，以低pH值為起始狀態(tài)的掃描過(guò)程產(chǎn)生的pH-吸附等溫線與pH-

5、解吸等溫線重合，以高pH值為起始狀態(tài)的掃描過(guò)程，由于強(qiáng)、弱吸附位之比N1/N2發(fā)生變化，pH-解吸線和pH-吸附等溫線成環(huán)。 二、水錳礦(γ-MnOOH)和δ-MnO2(Ⅲ)對(duì)鋅的吸附-解吸行為(1)實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定了三個(gè)離子強(qiáng)度(0.01mol/L，0.1mol/L，0.5mol/LNaNO3介質(zhì))條件下γ-MnOOH對(duì)Zn2+的pH曲線，結(jié)果表明：γ-MnOOH對(duì)Zn2+的吸附率隨著pH值的增大而增大，離子強(qiáng)度的增大吸附率降低。

6、 (2)應(yīng)用ADIC技術(shù)研究了pH7.0及0.1mol/LNaNO3介質(zhì)中，Zn2+在水錳礦上的吸附行為。結(jié)果表明，反應(yīng)途徑的改變對(duì)濃度關(guān)系等溫線的變化沒有影響，該體系沒有“初始溶質(zhì)濃度效應(yīng)”。體系可逆性也不受反應(yīng)途徑的影響。 (3)應(yīng)用CPHS實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究pH值對(duì)Zn2+δ-MnO2(Ⅲ)體系和Zn2+-γ-MnOOH體系pH-等溫線的影響。結(jié)果表明，pH值的變化對(duì)可逆體系和不可逆體系吸附行為的影響是不同的。對(duì)于Zn2

7、+-δ-MnO2(Ⅲ)這個(gè)可逆體系，以低pH值為起始狀態(tài)的過(guò)程產(chǎn)生的pH-吸附等溫線與pH-解吸等溫線重合，而由高pH值為起始狀態(tài)的過(guò)程產(chǎn)生的pH-解吸線和pH-吸附等溫線成環(huán)。Zn2+-γ-MnOOH這個(gè)不可逆體系，兩種pH掃描過(guò)程產(chǎn)生的pH-解吸線和pH-吸附等溫線成環(huán)。 三、磷酸根及pH對(duì)鋅在γ-MnOOH上吸附行為的影響 (1)Zn2+的初始濃度是12mg/L，水錳礦的濃度400mg/L條件下，研究磷酸根對(duì)pH-

8、濃度曲線的影響，結(jié)果為，Zn2+-水錳礦體系的pH曲線呈“s”型，吸附率隨著pH值得增大而增大，在pH7.7左右，吸附率達(dá)到50％，在磷酸鹽緩沖溶液中，“陡變區(qū)”比較平緩，pH在7.0左右達(dá)到50％吸附。磷酸根通過(guò)改變礦物表面的電荷從而影響其對(duì)重金屬離子的吸附行為。 (2)在溫度為25℃，固體顆粒物濃度為200mg/L條件下，實(shí)驗(yàn)考察了pH為7.0，7.5，8.0時(shí)以及磷酸鹽緩沖溶液中pH值分別為6.5，6.8，7.2時(shí)Zn在水