鐵氧化物-腐殖酸復合物對重金屬汞的吸持特性研究.pdf

1、腐殖酸廣泛分布于土壤和水體,是一類帶有羧基、羥基等多種功能基團且結構復雜的高分子有機物,對環境中有機、無機物的遷移轉化和生物活性影響深刻。鐵氧化物是土壤和沉積物中最重要的礦物組成之一,具有巨大的比表面積和表面氧化還原與配位絡合能力。腐殖酸和鐵氧化物通過不同的機制,均能強烈吸附重金屬離子,并由此對土壤結構的形成、土壤層次分異、土壤與水環境中重金屬離子的存在形態、生物有效性和環境毒性、環境物質循環等產生深刻的影響。在實際環境中,鐵氧化物與腐

2、殖酸共存于土壤和水體,它們之間存在復雜的交互作用,因此其表面化學性質勢必顯著區別于單體系,從而對重金屬的吸持特性產生重大影響。目前關于鐵氧化物與腐殖酸相互作用及作用后的形成的復合物結合汞的研究甚少,鐵氧化物.腐殖酸復合物與汞的反應機制尚不十分清楚。
　　 為此,本文考慮了介質pH、離子強度對鐵氧化物及其與腐殖酸的復合物吸附汞的影響,采用等溫吸附-解吸熱力學與動力學的方法,系統探討腐殖酸與鐵氧化物相互作用前后對重金屬汞吸附-解吸特

3、征。通過X射線衍射和掃描電子顯微鏡,了解鐵氧化物復合物吸附汞前后的光譜特征的變化,初步探討鐵氧化物-腐殖酸復合物對汞的吸附機理。主要研究結果如下:
　　 不同類型鐵氧化物對腐殖酸吸附容量差異較大。針鐵礦對腐殖酸的吸附容量大于赤鐵礦和水鐵礦,三種鐵氧化物對腐殖酸的等溫吸附用Langmuir方程擬合最好。擬合最大吸附量:針鐵礦(7.73μg/g)＞水鐵礦(3.14μg/g)＞赤鐵礦(2.25μg/g)。pH值和離子強度是兩個影響鐵氧

4、化物吸附腐殖酸的重要因素。隨pH值的增加,三種鐵氧化物對腐殖酸的吸附量降低,存在一個吸附量急速降低范圍(4＜pH＜7)。隨離子強度的增加,三種鐵氧化物對腐殖酸的吸附量增加,當離子強度大于0.01mol/L時,吸附量基本穩定,為2μg/mg左右。不同pH值和離子強度條件下,鐵氧化物吸附腐殖酸后,腐殖酸難以解吸,解吸率非常低,在0.8%-2%之間。不同離子強度條件下解吸難易程度(平均解吸率):水鐵礦(1.26%)＞赤鐵礦(1.04%)＞針鐵

5、礦(0.97%);不同pH值條件下:赤鐵礦(1.32%)＞水鐵礦(1.19%)＞針鐵礦(1.06%)。
　　 不同類型鐵氧化物及鐵氧化物.復合物對汞的吸附容量同樣存在較大差異。針鐵礦對汞的吸附容量大于赤鐵礦和水鐵礦;鐵氧化物與腐殖酸復合物對汞的吸附容量則表現為針鐵礦復合物＞水鐵礦復合物＞赤鐵礦復合物。赤鐵礦和水鐵礦對汞的等溫吸附能較好的用Freundlich方程和Langmuir方程擬合,但針鐵礦擬合情況較差(R2=0.7948

6、);復合物對汞的吸附用Freundlich方程擬合情況較好,Langmuir方程擬合最大吸附量與實際最大吸附量存在較大的差別。pH值對吸附的影響表明,隨pH值的增加吸附量增加,吸附曲線呈“S”型,鐵氧化物和復合物對汞的吸附都存在一個較小的pH值躍遷范圍(5.5＜pH＜7)。當pH從5.5上升到7時,針鐵礦對汞吸附量從65μg/g左右上升到330μg/g左右,赤鐵礦和水鐵礦分別增加20%μg/g、230μg/g;三種復合物分別增加226μ

7、g/g、132μg/g、175μg/g。pH主要通過影響Hg2+在溶液的水解和鐵氧化表面性質影響鐵氧化物及其復合物對汞的吸附。隨離子強度的增加,鐵氧化物及其復合物對汞的吸附量逐漸增加,增長趨勢相對緩慢。不同汞濃度下,解吸率依次為:水鐵礦(12.51%)＞針鐵礦(8.83%)＞赤鐵礦(8.41%);赤鐵礦復合物(35.28%)＞水鐵礦復合物(21.92%)＞針鐵礦復合物(15.49%)。
　　 鐵氧化物-腐殖酸復合物對汞的吸附容量

8、較單一鐵氧化物有了一定程度的提高。針鐵礦復合物、赤鐵礦復合物對汞的吸附率分別大于對應的鐵氧化物,吸附率分別提高11.36%和6.97%。水鐵礦復合物和水鐵礦吸附率大致相當。pH值或離子強度對吸附影響結果表明,高酸度和高離子強度條件下,復合物對汞的吸附率比對應鐵氧化物更高。在7＜pH＜9時,針鐵礦復合物、赤鐵礦復合物、水鐵礦復合物的平均吸附率分別比對應鐵氧化物高:14.00%,9.92%,15.51%。在離子強度大于0.05mol/1時,

9、鐵礦復合物、赤鐵礦復合物、水鐵礦復合物的平均吸附率分別比對應鐵氧化物高:4.96%,5.18%,6.05%。不同離子強度條件下,鐵氧化物-腐殖酸復合物對汞的解吸率遠大于其對應鐵氧化物。6個不同離子強度中,離子強度為0時,復合物與其鐵氧化物解吸率相差最大,分別為:13.10%,34.12%,14.38%。不同pH值條件下,赤鐵礦復合物和水鐵礦復合物解吸率高于其對應鐵氧化物,pH=2.5時,赤鐵礦和水鐵礦與其復合物解吸率相差最大,分別為:4

10、.92%,10.13%;針鐵礦與其復合物解吸率在6個不同pH條件下大致相當。
　　 鐵氧化物及其鐵氧化物-腐殖酸復合物對汞的等溫動力學過程可以分為二個階段,第一階段吸附量和吸附率遠大于第二階段,第一階段最后達到吸附量約占平衡吸附量的85%以上。Elovich方程和拋物線方程都能較好的描述鐵氧化物及其復合物對汞的吸附動力學(R2均大于0.8),其中Elovieh方程擬合最優。復合物與鐵氧化物對比,前者對汞的吸附速率和吸附量都要大于

11、后者。90%吸附平衡時間大小依次為:針鐵礦復合物＜水鐵礦復合物＜水鐵礦＜赤鐵礦復合物＜針鐵礦＜赤鐵礦;平衡吸附量大小依次為:針鐵礦復合物＞水鐵礦復合物＞針鐵礦＞赤鐵礦復合物＞水鐵礦＞赤鐵礦。
　　 三種鐵氧化物吸附腐殖酸后XRD掃描圖譜表明:鐵氧化物表面吸附腐殖酸后并沒有改變其本身的晶體結構,也沒有形成新的晶格,只是晶格有所增大。通過SEM圖譜發現,鐵氧化物與腐殖酸作用后,其表面出現較為明顯的腐殖酸塊狀結構。鐵氧化物及其復合物吸