水体中汞的吸附过程初探

天然水体中汞主要分布在沉积相,吸附作用则是导致汞富集于沉相的主要原因。 本文以汞对若干种不同吸附剂的吸附动力学实验据数为基础,讨论了水体中汞的吸附能力顺序,胡敏酸>MnO_2伊利石>高岭石>蒙脱石>Fe_2O_3>SiO_2,并初步探讨了吸附过程的机制与吸附动力学数学模式,对悬浮态与沉积态的吸附过程进行了比较。 通过溶液中氯离子影响研究,获得了络合形态与吸附量之间一些相关性,实验采用~(203)Hg示踪。     

黄河(内蒙古段)水体及悬浮物中砷的形态分布

以系统形态分析结合上浮水和悬浮物中砷的总量及形态分布特征,评价了黄河(内蒙古段)水体中砷的潜在危害程度.结果表明,水和悬浮物中砷的总含量出现了比较一致的沿河变化趋势,说明水中的砷主要是泥沙携带的砷,水中含砷量的高低取决于水中悬浮物即泥沙的含量.悬浮物中的砷以Ca-As为主,O-As次之,其它三种形态砷的含量均很低,与黄土中各形态砷的含量比较接近,进一步说明了黄河水体中的砷主要来源于自然界.     

农田土壤中汞的吸附分配行为研究

汞是环境中毒性最强的重金属之一,由于具有持久性、长距离迁移性和生物累积性被列为全球性污染物。土壤是汞重要的源和汇,在汞的生物地球化学循环中发挥关键作用,其理化性质可以显著影响汞的吸附分配行为。本文基于采自全国各地的131份农业土壤样品考察了汞(Hg2+)在土壤中的吸附分配行为,测定了Hg2+的固液分配系数(Kd),并探讨其与p H、有机质(OM)、粒度组成、溶解性有机质(DOM)和总硫等土壤理化性质的关系。利用逐步多元线性回归的方法分析发现旱地土壤对汞Kd的主要影响因素是DOM和土壤粒度,而水田的主要影响因素是总硫。通过淹水实验,进一步探究了土壤氧化还原对Hg2+分配的影响。研究发现,旱地土壤中,大部分土壤在淹水30 d后Kd呈明显增大趋势,继续淹水至60 d的Kd表现为稳定或下降的趋势;大部分水田土壤在淹水条件下Kd未表现出增大的趋势,且随淹水时间呈稳定或下降的趋势。     

Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)对海洋单细胞藻的急性毒性效应

近年来,海洋重金属污染日益严重,为考察重金属对海洋藻类的生物毒性效应,进而评估其对海洋生态环境的影响,本研究采用一次性培养的实验方法,测定了2种重金属Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)对8种海洋单细胞藻的急性毒性效应,包括赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo Hada)、旋链角毛藻(Chaetoceros curv...     

苯胺-2,4-二氨基酚共聚物吸附水中Hg(Ⅱ)的动力学和热力学研究

利用化学氧化法合成苯胺-2,4-二氨基酚共聚物,通过静态吸附实验研究了该共聚物吸附水中汞离子的动力学和热力学.对实验数据采用准一级和准二级动力学方程、Langmuir等温线方程、Freundlich等温线方程进行拟合,并进行相应的热力学分析.研究结果表明,苯胺-2,4-二氨基酚共聚物对水中Hg(Ⅱ)具有很好的去除效果,最大吸附容量达800mg·g-1,吸附等温线符合Langmuir单层吸附模型;动力学过程符合准二级动力学模型;吸附焓变化量ΔH=58.51kJ·mol-1,表明该吸附反应为化学吸附且为吸热反应;三种实验温度下吉布斯自由能变化量均为负值,表明该吸附反应能自发进行。     

氧化锰改性的茶叶渣吸附水体中Pb(Ⅱ)

将水合氧化锰(HMO)采用原位沉积技术负载于废弃茶叶渣表面,合成了复合材料氧化锰改性的茶叶渣(HMO-TW),研究了HMO-TW对水溶液中常见重金属离子Pb(Ⅱ)的吸附特性,探讨了溶液p H值、共存碱土离子、温度、接触时间、Pb(Ⅱ)初始浓度等因素对Pb(Ⅱ)的吸附效果的影响.结果表明:酸性范围内,Pb(Ⅱ)的去除率随p H升高而增大;在竞争离子Ca(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)、Na(Ⅰ)的浓度高于Pb(Ⅱ)20倍时,Pb(Ⅱ)的吸附去除率仅分别下降11%、7%和1%;Pb(Ⅱ)的吸附过程较好的符合Freundlich等温模型,计算的理论最大吸附容量为188.25 mg·g-1.远远高于未经改性茶叶渣的Pb(Ⅱ)吸附量(33.49 mg·g-1);Pb(Ⅱ)的吸附速度较快,250 min内便基本达吸附平衡.所有结果均证实HMO-TW在净化实际铅污染水体中有着较为广阔的应用前景.     

石灰性褐土中柠檬酸对土壤Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)吸附-解吸的影响

通过室内培养和吸附-解吸实验,研究了不同柠檬酸含量土壤对Cu2+、Cd2+吸附-解吸的影响.结果表明,土壤对Cu2+的吸附量随加入柠檬酸量的增加而明显增加,达到峰值后(柠檬酸含量为0.5 mmol.kg-1),吸附量随柠檬酸含量的增加而下降,即Cu2+的吸附曲线呈峰型.在低柠檬酸含量时,土壤对Cu2+的吸附量受Cd2+浓度影响较小,但随柠檬酸含量的增加,在低铜浓度处理(Cu2+浓度为600 mg·L-1,Cu600)下,土壤对Cu2+的吸附量随Cd2+浓度的增大而增大,但在高浓度铜处理(Cu2+浓度为1000 mg·L-1,Cu1000)下,土壤对Cu2+的吸附量随Cd2+浓度的增加而减少.Cu2+的解吸量随柠檬酸含量的增加而总体上降低;相同柠檬酸含量下,Cu600处理下,Cd2+浓度为10 mg·L-1(Cd10)条件下Cu2+解吸量明显低于无Cd2+(Cd0)和Cd2+浓度为1 mg·L-1(Cd1)条件下.而Cu1000处理下,Cd2+的浓度对Cu2+解吸量的影响较小.Cd2+吸附量随柠檬酸含量的增加无明显变化,但随Cu2+浓度的增加下降明显,其中无Cu2+处理Cd2+吸附量极显著地高于Cu600和Cu1000处理,而Cu600和Cu1000处理间差异不显著,且土壤对Cd2+的吸附随镉添加量增加而增加;Cd2+的解吸量随柠檬酸含量的增加先增大后保持稳定,在柠檬酸含量为0.5 mmol.kg-1时达到最大,Cu600处理的Cd2+的解吸量显著地高于Cu1000处理.     

三峡库区消落带土壤对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附特征

以三峡库区消落带紫色土为对象,采用平衡吸附法研究了Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)在紫色土中的吸附特征,分析了紫色土对重金属的吸附能力.结果表明:(1)随着加入Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)浓度增高,紫色土对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量增大,碱性紫色土对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量最高分别为1499.5 mg.kg-1、2845.4 mg.kg-1;(2)土壤中有Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的专性吸附位点,在两者共存的条件下存在竞争吸附,Cu(Ⅱ)的竞争吸附能力大于Zn(Ⅱ),其各自的最大吸附量小于单一离子条件下的吸附量,碱性、中性、酸性紫色土Cu(Ⅱ)最大吸附量的下降幅度分别是14.5%、15.2%、15.9%,Zn(Ⅱ)的最大吸附量下降幅度分别为31.7%、28.1%、25.7%;(3)共存阳离子类型及浓度影响紫色土有效Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)含量,随着阳离子的加入,碱性紫色土的有效Cu(Ⅱ)含量增加,酸性紫色土减少,而3种紫色土的有效Zn(Ⅱ)含量均增加.消落带土壤淹水后,水体中Cu(Ⅱ)及其他阳离子的存在使土壤对Zn(Ⅱ)的吸附力降低,造成Zn(Ⅱ)污染的环境风险增加.     

高压纸上电泳研究汞的络合水解状态——Hg~(2 )-FA-NO_2~2体系

本工作采用了蓟运河水体中的可溶性富啡酸,(FA:Fulvic Acid)[1],研究了pH 5.25—8.20区间,离子强度μ=0.1条件下,Hg~(2 )-FA-OH~-体系中汞的络合水解状态,电泳分离结果表明有Hg~(2 )-FA的电中性分子(占优势)和阴离子存在。用~(202)Hg示踪原子方法找到了Hg~(2 )-FA在不同pH值下,汞在不同的电泳组分中的分配比例,找到Hg~(2 )-FA的“沉淀边界点”,发现在该点前后汞在各络合水解状态及沉淀中的分配有明显突变。本文还试图推论了Hg~(2 )-FA的可能组成及稳定常数。     

Cu(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)共存对IRC748树脂吸附四环素的影响与机制

通过静态pH影响、等温线和动力学实验,研究了Cu(Ⅱ)/Ca(Ⅱ)共存对亚氨基二乙酸树脂IRC748吸附四环素(TC)的影响规律.研究结果表明,广泛的pH(2—8)范围内,共存的Cu(Ⅱ)显著促进了IRC748对TC的吸附,而共存的Ca(Ⅱ)会抑制其吸附.TC对Cu(Ⅱ)/Ca(Ⅱ)的吸附影响较小.TC吸附在不同体系中均符合Frendlich模型,亲和力参数Kf随共存Cu(Ⅱ)浓度的增大而增大(约33%),随共存Ca(Ⅱ)浓度的增大而降低(约15%).不同体系中TC吸附动力学均较符合拟二级动力学方程,含Cu(Ⅱ)体系中TC与Cu(Ⅱ)的吸附进程一致.UV-Vis、FTIR、XPS和Cu(Ⅱ)预负载证明了液相中仅Cu(Ⅱ)与TC发生强烈络合,TC因[Cu-TC]络合物吸附(RouteⅠ)或Cu(Ⅱ)位点的桥联吸附作用(RouteⅡ)在IRC748上得到增强去除;Ca(Ⅱ)会与TC竞争相同的吸附位点(羧基)而降低TC的吸附.     

二硫化钼-水滑石复合材料对水中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附机制

二维层状纳米材料可以有效去除水中的重金属,而吸附机制一直是研究难点和热点.为进一步提升材料性能,明确吸附反应机制,以典型的水滑石和二硫化钼为原料,采用共沉淀法制备镁铝水滑石,然后利用水热法负载二硫化钼,制备了复合材料(MoS₂-LDH).结果表明,MoS₂-LDH对水中Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附作用机制包括沉淀、络合、同晶置换和静电吸引作用,其中沉淀作用为主导,贡献率占46.57%—58.32%,其次为络合作用(27.15%—32.08%)和同晶置换作用(10.75%—17.86%),静电吸引的贡献最小(3.33%—4.26%);吸附过程与拟二级动力学方程和Langmuir模型相符,最大吸附量达到48.31、71.33、77.16 mg·g^-1.对高效去除重金属的吸附机制的详细研究,可为二维复合材料的设计合成提供理论支撑.     

基于Zeta电位的水稻土吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)能力的比较

测定了3种水稻土胶体在不同Cd/Pb摩尔比的悬液体系中的Zeta电位,并与2种重金属离子在土壤中的吸附量和解吸量进行比较,当Cd/Pb摩尔比为1:4时,Zeta电位数值最高;Cd/Pb摩尔比为1:1时Zeta电位数值居中;Cd/Pb摩尔比为4:1时Zeta电位数值最小,因此,Pb(Ⅱ)在三种土壤表面发生专性吸附的能力均大于Cd(Ⅱ),这与土壤中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量和解吸量的结果相一致.     

道南膜技术测定CaCl2溶液体系中汞的化学形态

尝试并探索道南膜技术(DMT)测定溶液体系中Hg化学形态的方法条件.结果表明,0.01mol·1-1CaCl2作为背景溶液时,跨过阳离子交换膜的Hg主要形态并非阳离子而是HgCl2和HgCl3.Hg在阳离子交换膜内扩散为限制Hg跨膜传输的主要因素.Hg在阳离子交换膜内的吸附除静电吸附外还存在结合力更强的化学吸附,成为限制道南膜技术用于Hg形态测定的主要因素.采用动力学DMT方法,缩短试验时间至8h以内,可在一定程度上降低Hg的化学吸附,为DMT方法测定土壤溶液体系中Hg的化学形态提供可能.     

碱渣对铜(Ⅱ)离子吸附特征的研究

研究了铜在碱渣表面的吸附特征.结果表明,碱渣总吸附量随体系温度的升高而降低;随体系pH值的升高而增加;随吸附质初始浓度的增加而增大.在pH《5.01时其等温吸附能较好地符合Freudlich等温吸附规律,而在pH》5.01时,能较好地符合Langmuir等温吸附规律,吸附热随pH值的增大而升高.当pH≤4.54时,碱渣的吸附力以偶极间力和氢键力的作用为主,而当pH》4.54时,以化学键力为主.碱渣的动力学方程亦随pH值的改变而改变,在pH=4.54时,碱渣对Cu2 的吸附动力学方程以一级动力学方程拟合效果最优;当pH为4.91和6.01时,以Langmuir方程的拟合效果最优.     

砷酸根促进红壤吸附Cd(Ⅱ)的机制

用一次平衡实验法研究砷酸根对Cd(Ⅱ)在红壤表面吸附和解吸的影响,结果表明,加入砷酸根使土壤对Cd(Ⅱ)的吸附量和解吸量均增加,且随着砷酸根加入量的增加,土壤对Cd(Ⅱ)的吸附增量和解吸增量也均增加.当向体系中加入砷酸根后,红壤胶体的Zeta电位显著降低,说明胶体颗粒表面的净负电荷增加.这说明砷酸根主要通过自身吸附增加了土壤表面的净负电荷,从而增加了土壤对Cd(Ⅱ)的静电吸附量.研究结果还表明,在pH 3.5-6.0范围内,砷酸根均表现出对Cd(Ⅱ)吸附的显著促进作用,说明砷酸根与Cd(Ⅱ)在红壤表面的协同作用可以在比较宽的pH范围内发生.     

铜对硒(Ⅳ)在高庙子膨润土中吸附行为的影响

硒-79是高放废物(HLW)地质处置库安全评价中重点关注的放射性核素之一.在多重屏障体系中,高放废物外包装起到隔离放射性废物和地下水的作用.已有国家把铜作为废物包装容器的备选材料,如瑞典、芬兰等,而我国还未确定废物包装容器材料.因此,研究不同价态的铜与硒(Ⅳ)的相互作用可为我国废物包装容器材料选取提供支持.本文使用批式吸附实验法探究了不同价态的铜对硒(Ⅳ)在高庙子膨润土上吸附的影响,结果表明,在碱性条件下硒(Ⅳ)在膨润土上的吸附百分比小于20%,而引入CuCl_2后,硒的吸附百分比可达100%.进一步研究发现,硒在铜(Ⅱ)的水解产物氯铜矿上有很强的吸附.膨润土可与氯铜矿发生相互作用,减弱硒(Ⅳ)在氯铜矿上的吸附,在c(Se)=10~(-4) mol·L~(-1),pH=6时,引入膨润土后硒的吸附百分比从97%降至70%.在酸性条件下低价态铜,如CuCl、Cu和Cu_2O等可将硒(Ⅳ)还原到低价态(0,-I,-II),使得硒的吸附百分比从8%提高到90%以上,促进了硒的吸附.在含CuCl、Cu和Cu_2O的3种体系中,硒在含CuCl的体系有最快的吸附速率.     

固定香菇菌柄废弃物对二元溶液中Cd(Ⅱ)的竞争性吸附

利用聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)固定香菇(Lentinus edodes)菌柄废弃物作为生物吸附剂吸附溶液中的Cd2+,吸附过滤后的溶液用原子吸收光谱仪(AAS)测定Cd2+的浓度.结果表明,一元溶液中固定香菇菌柄废弃物吸附Cd2+适宜的pH值范围为4～7,比自由态香菇粉的(pH5～7)广;二元溶液中随着pH值的增加,Cd2+的吸附率有线性增加的趋势;当固定Cd2+浓度为10mgg-1,变化干扰离子Cu2+或Pb2+(0～30mgg-1)时,吸附剂对Cd2+的吸附明显降低;分别用Langmuir、Freundlich、Dubinin-Radushkevich(D-R)和Langmuir-Freundlich等温吸附模型对一元和二元溶液中Cd2+的等温吸附过程进行拟合,结果表明,Langmuir吸附模型能较好地拟合一元溶液和Cd2+-Pb2+二元溶液中Cd2+的等温吸附过程,相关系数R2分别为0.9981和0.9291.D-R模型能较好地拟合Cd2+-Cu2+二元溶液中Cd2+的等温吸附过程,相关系数R2为0.9623.     

温度和砷酸根对砖红壤中Cd(Ⅱ)吸附动力学的影响

土壤中砷和镉同时存在的现象普遍存在,但目前对砷酸根与Cd(Ⅱ)在可变电荷土壤表面协同作用的机制还了解不多.用一次平衡法研究了288 K和308 K温度条件下Cd(Ⅱ)在昆明砖红壤表面的吸附动力学,比较了加入砷酸根对Cd(Ⅱ)吸附动力学的影响.结果显示,加As(V)和升高温度均不仅增加Cd(Ⅱ)的吸附量,而且提高了吸附反应的速率.Cd(Ⅱ)在砖红壤表面的吸附反应进行的特别快,几乎在30 min内达到准平衡,假二级动力学方程能很好拟合30 min内的吸附动力学数据(r2》0.9995).从反应速率常数计算得到的活化能的结果表明,加As(V)显著降低了Cd(Ⅱ)吸附反应的活化能,这是As(V)促进可变电荷土壤吸附Cd(Ⅱ)的根本原因.