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《浙江大学》 2012年
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黄土对典型重金属离子吸附解吸特性及机理研究

王艳  
【摘要】:近年来工业迅速发展的同时也给环境带来了许多负面的影响,各种重金属污染事件保持高发态势,引起了社会各界的高度重视。本文以土体与地下水重金属污染评价与防治为背景,系统地分析了多种因素影响下(土水比、反应时间、溶质浓度、温度、pH、竞争离子)黄土对环境中存在的典型重金属离子的吸附特性及机理;已基本建立了黄土对重金属离子单一吸附及竞争吸附的研究框架;探讨了解吸助剂NTA、 EDTA对重金属从黄土中解吸的机理,得到了一系列有意义的结论。 1)探讨了土水比、反应时间、温度、溶质浓度等不同条件下黄土对重金属离子的吸附特性及机理。增加土水比会增加重金属的吸附效率,实验结果结合等温模型分析可知重金属Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、 Cr(Ⅲ)吸附性能最优;重金属在黄土上的吸附随时间变化表现两阶段吸附模式,第一阶段重金属吸附量快速增长,第二阶段是吸附量缓慢增长直至平衡阶段,吸附特性都非常符合伪二级动力学模型;吸附前后的黄土X光衍射光谱和傅里叶红外光谱分析表明黄土中的矿物成分和有机质对重金属的吸附起了重要作用。 2)对重金属吸附至关重要的溶液酸碱环境进行了探讨,随着pH的升高,黄土对重金属的吸附量也越来越多。黄土对Cu(Ⅱ)、 Zn(Ⅱ)、 Pb(Ⅱ)、 Cr(Ⅲ)四种重金属的专性吸附能力较强,在pH6时已经基本完全吸附,Cd(Ⅱ)、 Ni(Ⅱ)、 Mn(Ⅱ)在强碱性条件下生成部分沉淀才能从溶液中完全去除。 3)二元系统中重金属离子相互竞争、相互对抗导致吸附等温曲线极不规则,黄土对重金属离子表现出明显的选择吸附特性,对Pb(Ⅱ)、CU(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)的吸附最优,其次Zn(Ⅱ)、 Cd(Ⅱ),而Ni(Ⅱ)、 Mn(Ⅱ)吸附最弱,重金属在黄土上吸附的选择顺序为:Cr(Ⅲ) Pb(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ) Cd(Ⅱ) Ni(Ⅱ) Mn(Ⅱ)。这种选择顺序主要与重金属本身的特性和黄土上的矿物组成及有机质含量相关,黄土上的各种矿物成分(如石英、云母、蛭石、铁矿石等)对重金属吸附发挥了重要作用;由于黄土天然pH为碱性,在此条件下重金属易水解,因此重金属选择吸附顺序与重金属自身的水解常数、水合离子半径也相关。 4)离子浓度越大,重金属离子之间的竞争吸附效应越显著;在酸性环境中重金属离子之间相互竞争、相互抑制的情况比较明显,在碱性环境中,随pH的增大,离子之间相互竞争作用减弱。与单一重金属离子吸附的pH效应相比,在竞争吸附时,Pb(Ⅱ)、CU(Ⅱ)的pH吸附锋面不同程度右移,Zn(Ⅱ)在单系统中无吸附锋面现象,而在竞争过程中会出现明显的pH吸附锋面;Cr(Ⅲ)的竞争能力最强,pH锋面没有明显变化,Cd(Ⅱ)的竞争能力最弱,主要与黄土上的非专性吸附位结合,导致吸附极不稳定。 5)NTA、 EDTA可使黄土上负载的Pb(Ⅱ)、 Cu(Ⅱ)、 Cd(Ⅱ)、 Zn(Ⅱ)释放到溶液中,然而NTA和EDTA对Cr(Ⅲ)的解吸没有任何促进作用,反而促进其再次吸附在黄土上。EDTA与金属形成的络合物通常比NTA形成的金属络合物要稳定,EDTA对重金属的解吸效果普遍优于NTA对重金属的解吸效果。配体与二价、三价重金属形成配合物时参与配位的原子数不同,导致二价重金属与络合剂形成类配体络合物、三价重金属与络合剂形成类金属络合物,这两种不同的络合物特性导致Pb(Ⅱ)、 Cu(Ⅱ)、 Cd(Ⅱ)、 Zn(Ⅱ)被解吸而Cr(Ⅲ)再次吸附。
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