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程。錳氧化物是環(huán)境中最常見的礦物，對營養(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)度對不同體系的影響不同。不同構(gòu)型的錳氧化物對銅離子的吸附能

3、力是有差異的，同等條件下錳氧化物對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)測定了吸附劑濃度為100，200，400mg/L時(shí)解吸和吸附過程的濃度關(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)變化對解吸和吸附過程的pH關(guān)系等溫線的影響，結(jié)果表明：對于這幾個(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)對鋅的吸附-解吸行為(1)實(shí)驗(yàn)分別測定了三個(gè)離子強(qiáng)度(0.01mol/L，0.1mol/L，0.5mol/LNaNO3介質(zhì))條件下γ-MnOOH對Zn2+的pH曲線，結(jié)果表明：γ-MnOOH對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值的變化對可逆體系和不可逆體系吸附行為的影響是不同的。對于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。磷酸根通過改變礦物表面的電荷從而影響其對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