金屬氧化物-水界面上NOM吸附機(jī)制的研究.pdf

1、天然有機(jī)物(Natural Organic Matter，NOM)和金屬氧化物在自然界普遍存在。其中，天然有機(jī)物在水體中可分為溶解性的和非溶解性的，是水體污染的主要原因之一。金屬氧化物在水體中一般以礦物的形式存在，作為天然有機(jī)物的載體，給凈水廠處理工藝造成許多不利的影響，如增加混凝劑的投量、影響過(guò)濾工藝處理效能的充分發(fā)揮，而且隨著氯化消毒的進(jìn)行還會(huì)產(chǎn)生大量的消毒副產(chǎn)物如三鹵甲烷等，這些物質(zhì)具有三致(致癌、致畸性、致突變)作用。此外，天然

2、有機(jī)物還會(huì)結(jié)合水中的重金屬離子，不僅增大重金屬離子處理的難度，隨生物鏈長(zhǎng)期的富集還會(huì)影響人們的身體健康。
　　 隨著生活水平的提高和對(duì)供水安全隱患的重視，如何有效地去除水體中天然有機(jī)物已成為前沿和熱點(diǎn)研究問(wèn)題。而傳統(tǒng)理論不能很好地解釋水中溶解性有機(jī)物的去除，并且這個(gè)問(wèn)題也常常被人們所遺忘。因此，本文在傳統(tǒng)混凝理論的基礎(chǔ)上提出了新的理論觀點(diǎn)，重點(diǎn)研究天然有機(jī)物在金屬氧化物表面上的吸附，通過(guò)分析溶解性有機(jī)物與金屬氧化物顆粒之間靜電作

3、用、化學(xué)作用來(lái)研究固/液界面處所發(fā)生的配位絡(luò)合反應(yīng)。其中，重點(diǎn)研究了溶液的pH值和離子強(qiáng)度2個(gè)影響因素，并分析了它們?nèi)芤耗z體顆粒穩(wěn)定性的影響，從而為實(shí)際工藝研究和溶解性有機(jī)物的有效去除提供了重要的理論基礎(chǔ)。
　　 文中以腐殖酸作為天然有機(jī)物(NOM)的代表，以赤鐵礦顆粒作為金屬氧化物的代表，研究了腐殖酸大分子在赤鐵礦顆粒表面的吸附行為，以及兩者之間所發(fā)生的吸附絡(luò)合配位反應(yīng)。通過(guò)分析不同pH值和離子強(qiáng)度條件下赤鐵礦顆粒表面吸附密度

4、和吸附前后赤鐵礦顆粒粒徑的變化情況，分析出不同反應(yīng)條件下的吸附機(jī)理。
　　 本文通過(guò)紫外光譜、紅外光譜和官能團(tuán)滴定等表征手段對(duì)本實(shí)驗(yàn)中所選用的商品腐殖酸進(jìn)行了表征。通過(guò)比表面積分析、X射線衍射、X射線熒光光譜分析和粒度分析等手段對(duì)赤鐵礦進(jìn)行了表征。
　　 文中通過(guò)分析不同pH值和離子強(qiáng)度條件下赤鐵礦顆粒表面腐殖酸大分子的吸附密度和赤鐵礦顆粒粒徑大小的變化規(guī)律，研究了固液界面處吸附絡(luò)合配位反應(yīng)的作用機(jī)制。其中，赤鐵礦顆粒表

5、面的吸附密度隨著pH值的升高整體上呈減小的趨勢(shì)，只是在某些pH值范圍內(nèi)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。當(dāng)溶液pH值小于等電點(diǎn)處的pH值時(shí)，吸附密度變化的幅度較大；當(dāng)高于等電點(diǎn)處的pH值時(shí)，吸附密度趨近于平衡，基本為一定值。在文中所采用的pH值范圍內(nèi)，赤鐵礦顆粒表面均能發(fā)生吸附絡(luò)合配位反應(yīng)，只是反應(yīng)的程度不同而已。其中，低pH值條件下，靜電作用是產(chǎn)生較大吸附密度和較小顆粒粒徑的主要原因；高pH值條件下，特殊化學(xué)作用力是吸附絡(luò)合配位反應(yīng)發(fā)生的主要原因，由于

6、這種化學(xué)作用力較靜電作用要小得多，因此產(chǎn)生了較小吸附密度和顆粒粒徑。離子強(qiáng)度對(duì)赤鐵礦顆粒表面吸附密度和反應(yīng)后顆粒粒徑的影響也有很大的影響，離子強(qiáng)度越高，吸附密度越大，吸附后顆粒粒徑也越大。其中，當(dāng)pH=5，I=1.0mol/kg時(shí)，膠體顆粒穩(wěn)定性最差，最容易脫穩(wěn)聚集。
　　 本文選用了SS/SF混合理論來(lái)解釋赤鐵礦顆粒/水界面的吸附絡(luò)合配位反應(yīng)。在利用SS/SF混合理論解釋固液界面的吸附行為時(shí)，選用了1:1單點(diǎn)位模型，在DLVO