銅、鎘及磷在海洋沉積物上的吸附-解吸行為研究.pdf

1、重金屬和營養(yǎng)鹽都是海洋環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的重要內(nèi)容。海水中的磷是引起水體富營養(yǎng)化、赤潮等的主要營養(yǎng)元素之一，而一些重金屬(如銅、鎘)如果過量就會(huì)對生物體產(chǎn)生毒性效應(yīng)，并且還會(huì)通過它們的富集作用和食物鏈的傳遞最終影響人類健康。沉積物/海水界面是各類污染物進(jìn)行固液兩相交換和反應(yīng)的主要場所，沉積物的自然膠體通過一系列物理化學(xué)反應(yīng)如吸附、絡(luò)合、共沉淀等，影響著上述污染物的環(huán)境行為和賦存形態(tài)。作為重金屬和磷元素地球化學(xué)循環(huán)中的一個(gè)重要控制環(huán)節(jié)，重金屬(

2、銅、鎘)和磷在海洋沉積物上的遷移轉(zhuǎn)化及其交互作用研究具有重要的意義。
　　 本論文以膠州灣、榮成養(yǎng)殖區(qū)以及長江口附近海域沉積物為研究對象，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室模擬的方法，探討了Cu2+、Cd2+、PO43-在沉積物上的吸附/解吸行為及影響因素，并初步考察了Cu2+、Cd2+與PO43-之間的交互作用。主要結(jié)論如下：
　　 (1)沉積物的表面酸堿性質(zhì)實(shí)驗(yàn)表明膠州灣兩個(gè)站點(diǎn)沉積物隨pH由3增大到10表面電荷量的代數(shù)值由正轉(zhuǎn)負(fù)，零凈質(zhì)子

3、電荷點(diǎn)pHPZNPC均在4.0～4.5之間。對高濃度(0～200 mg·L-1)范圍Cu2+的吸附行為研究發(fā)現(xiàn)：動(dòng)力學(xué)吸附行為與偽二級動(dòng)力學(xué)方程和Elovich方程符合較好，在人工海水(ASW)、稀釋人工海水(DASW)、蒸餾水(DW)中的吸附速率依次增大；吸附等溫線可用Langmuir方程描述，為自發(fā)、吸熱、熵增加的過程。飽和吸附量與沉積物組成和表面酸堿性質(zhì)密切相關(guān)，表面位濃度高、零凈質(zhì)子電荷點(diǎn)低的樣品飽和吸附量大，不同介質(zhì)中飽和吸附

4、量順序?yàn)镈W　　 (2)長江口附近海域一個(gè)站點(diǎn)的沉積物表面電荷量隨介質(zhì)鹽度的降低(從天然海水NSW到1/4NSW)而增加。低濃度范圍Cu2+(0～2mg·L-1)、Cd2+(0～1.2 mg·L-1)的動(dòng)力學(xué)吸附/解吸曲線可用偽二級動(dòng)力學(xué)方程、Elovich方程擬合；等溫吸附/解吸過程適合用Freundlich方程描述，吸附/解吸能力均隨鹽度增大而減小，Cu2+吸附能力隨溫度升高而增大，Cd2+反之，粒徑越

5、小吸附能力越強(qiáng)，不同處理方式沉積物對Cd2+的吸附能力H2O處理>H2O2處理>HCl處理。低濃度PO43-(0～1 mg·L-1)的吸附和解吸動(dòng)力學(xué)曲線用Elovich方程、二位一級動(dòng)力學(xué)方程擬合較好；PO43-(0～2 mg·L-1)的吸附/解吸等溫線用Langmuir交叉型吸附等溫式擬合最佳，PO43-(0～16 mg·L-1)用Langmuir等溫式擬合較好，隨鹽度增大P的吸附量減小，解吸量增大。
　　 (3)對Cu2+

6、、Cd2+和PO43-共存體系的研究發(fā)現(xiàn)，吸附動(dòng)力學(xué)過程用偽二級動(dòng)力學(xué)方程、Elovich方程均能較好地描述，Cu2+、Cd2+的添加增大了PO43-在沉積物上的吸附速率和平衡吸附量，PO43-的添加對Cd2+的動(dòng)力學(xué)吸附速率影響不大，但明顯增大了Cd2+的平衡吸附量；等溫吸附/解吸曲線更適合用Freundlich方程擬合，重金屬和磷相互促進(jìn)吸附，抑制解吸，原因主要與沉積物表面性質(zhì)改變以及表面復(fù)合物形成有關(guān)。
　　 (4)東海和

7、榮成養(yǎng)殖區(qū)海域沉積物表面電荷量受采樣位置、樣品組分、粒度及季節(jié)變化的影響。用FITEQL程序擬合得到的PZC在6.1左右。所研究樣品對PO43-(0～1.6mg·L-1)的吸附曲線用Langmuir交叉型吸附等溫式擬合效果較好，臨界磷平衡濃度EPC0約在0.04～0.20mg·L-1之間，NAP值(即原先結(jié)合在沉積物上，實(shí)驗(yàn)條件下可解吸的P的量)在0.001～0.030mg·g-1之間。懸浮物表面電荷量及對PO43-的吸附能力大于沉積物