發(fā)布時(shí)間：2020-06-13 19:43

【摘要】： 由于各種原因,許多未經(jīng)處理的重金屬離子被排放到外界環(huán)境中,對(duì)土壤和水體等造成了相當(dāng)嚴(yán)重的污染后果,因此重金屬污染治理正日益受到人們的重視。重金屬離子在進(jìn)入環(huán)境時(shí),發(fā)生在固體顆粒物-水界面上的吸附-脫附作用是影響其遷移、轉(zhuǎn)化、生物可利用性及毒性的重要過(guò)程,對(duì)這一基本現(xiàn)象的科學(xué)認(rèn)識(shí),是了解重金屬污染物形態(tài)分布、遷移轉(zhuǎn)化和歸宿、開(kāi)發(fā)污染土壤修復(fù)及廢水處理技術(shù)的基礎(chǔ)。本文以Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)分別代表以陰離子和陽(yáng)離子形式存在的重金屬離子,選用帶結(jié)構(gòu)正電荷的Mg-Al類水滑石(HTlc)以及帶結(jié)構(gòu)負(fù)電荷的皂土為吸附劑,研究了重金屬的吸附-脫附行為,考察了pH值、離子強(qiáng)度、溫度、電解質(zhì)和有機(jī)配體等對(duì)吸附行為的影響,對(duì)吸附機(jī)理進(jìn)行了探討,以期加深對(duì)重金屬離子吸附行為的認(rèn)識(shí)。本文的主要內(nèi)容如下。 首先,綜述了重金屬污染的現(xiàn)狀、危害、處理方法及重金屬離子在固-液界面吸附研究的現(xiàn)狀。 實(shí)驗(yàn)部分第一部分主要研究了以陰離子形式存在的Cr(Ⅵ)在Mg-Al類水滑石表面上的吸附-脫附行為�？疾炝藴囟取H值、離子強(qiáng)度和添加劑等因素對(duì)吸附的影響,并結(jié)合FTIR和XRD等實(shí)驗(yàn)結(jié)果探討了吸附機(jī)理。研究表明,Mg-Al型HTlc對(duì)Cr(Ⅵ)有很強(qiáng)的吸附能力,其吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線分別符合準(zhǔn)二級(jí)速率方程和Langmuir方程,飽和吸附量達(dá)105 mg/g,是一種優(yōu)良的含Cr(Ⅵ)污水的處理劑。初始pH增大,吸附量降低。無(wú)機(jī)電解質(zhì)添加劑NaCl,NaNO_3,Na_2SO_4和Na_3PO_4及有機(jī)添加劑EDTA和檸檬酸均能明顯抑制Cr(Ⅵ)在HTlc上的吸附,其抑制吸附作用的強(qiáng)弱順序分別為Na_3PO_4≥Na_2SO_4≥NaClNaNO_3和檸檬酸EDTA。Cr(Ⅵ)在HTlc上的吸附層在微觀上可分為因化學(xué)鍵合作用而形成的內(nèi)絡(luò)合層和因靜電作用而形成的外絡(luò)合層。脫附過(guò)程與吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相似,即也符合準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。類水滑石對(duì)Cr(Ⅵ)具有較強(qiáng)的吸附能力,吸附和脫附是不可逆的。脫附劑種類不同,脫附能力也不同,價(jià)態(tài)高的陰離子更易把Cr(Ⅵ)脫附下來(lái)。脫附劑濃度越大,脫附效率越高。脫附劑的pH值越大,脫附效率越高。但pH值太低時(shí),因破壞類水滑石的結(jié)構(gòu),脫附率增加。 第二部分主要研究了CuSO_4在Mg-Al類水滑石表面上的吸附-脫附行為。Mg-Al類水滑石表現(xiàn)出很好的從CuSO_4溶液中除去Cu~(2+)的能力,說(shuō)明類水滑石是一種潛在的良好的從水溶液中除去重金屬離子的無(wú)機(jī)吸附劑。Cu~(2+)在類水滑石表面上的吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分別遵從準(zhǔn)二級(jí)方程和Langmuir方程。Cu~(2+)在類水滑石表面上的去除率與溶液體系的初始pH值密切相關(guān),當(dāng)初始pH值為5～7時(shí),去除率隨pH值的增大而急劇增大,當(dāng)初始pH值為4～5時(shí),去除率變化不大,而當(dāng)初始pH大于7時(shí),去除率幾乎達(dá)到100%。AlCl_3的存在降低Cu~(2+)在類水滑石上的吸附量,而NaCl和MgCl_2的存在能增大Cu~(2+)在類水滑石上的吸附量。在所研究的濃度范圍內(nèi),外加有機(jī)配體(檸檬酸和EDTA)能夠降低Cu~(2+)在類水滑石上的吸附量。在SO_4~(2-)陰離子存在下,類水滑石除去Cu~(2+)的可能性機(jī)理為表面誘導(dǎo)生成Cu~(2+)的氫氧化物沉淀和SO_4~(2-)在類水滑石和Cu~(2+)之間的連接效應(yīng)而導(dǎo)致的表面絡(luò)合吸附。表面誘導(dǎo)沉淀除去Cu~(2+)的能力比因SO_4~(2-)的連接效應(yīng)除去Cu~(2+)的能力大得多。脫附實(shí)驗(yàn)證明,Cu~(2+)與類水滑石的作用力非常強(qiáng),不易被脫附,因此Cu~(2+)被類水滑石吸附后不易造成二次污染。 第三部分主要研究了CuCl_2在Mg-Al類水滑石表面上的吸附行為以及試劑添加順序?qū)ξ叫袨榈挠绊憽?shí)驗(yàn)表明,Mg-Al類水滑石表現(xiàn)出很好的從CuCl_2溶液中除去Cu~(2+)的能力,說(shuō)明類水滑石是一種潛在的良好的從水溶液中除去重金屬離子的無(wú)機(jī)吸附劑。Cu~(2+)在類水滑石表面上的吸附動(dòng)力學(xué)和等溫線分別遵從準(zhǔn)二級(jí)方程和Langmuir方程。電解質(zhì)(NaNO_3)基本不影響Cu~(2+)的吸附量。EDTA對(duì)Cu~(2+)在HTlc上吸附的影響與加樣順序有關(guān)。在HTlc-EDTA體系中加CuCl_2和在HTlc-CuCl_2體系中加EDTA,EDTA的存在可明顯降低Cu~(2+)的吸附,且前者降低的幅度大于后者;而在EDTA-CuCl_2體系中加HTlc,EDTA的存在基本不影響Cu~(2+)的吸附。 第四部分主要研究了CuSO_4和CuCl_2在皂土表面上的吸附行為。Cu~(2+)在皂土上的吸附動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)二級(jí)速率方程,等溫線符合Langmuir模式。無(wú)機(jī)電解質(zhì)和有機(jī)配體皆可抑制Cu~(2+)在皂土上的吸附。pH值升高,吸附量增大。Cu~(2+)在皂土上的吸附機(jī)理主要為表面絡(luò)合作用,在微觀上可分為因化學(xué)鍵合作用而形成的內(nèi)絡(luò)合層和因靜電作用而形成的外絡(luò)合層。
【圖文】：

(或)鋁氧八面體中存在的如ca2+、Fe3+、M擴(kuò)+、A13+等陽(yáng)離子類質(zhì)同晶置換，當(dāng)置換陽(yáng)離子為低價(jià)時(shí)，，使結(jié)構(gòu)增加等當(dāng)量的負(fù)電荷，由層間吸附陽(yáng)離子補(bǔ)償。其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。

層帶負(fù)電性，因而在片層表面吸附了無(wú)機(jī)陽(yáng)離子以保持電中性。上述特性使高嶺石能與有機(jī)物、重金屬等污染物之間強(qiáng)烈作用，從而對(duì)污染物在水體或土壤環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和生態(tài)行為有著很大的影響。高嶺土結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。圖1.2高嶺土的結(jié)構(gòu)圖 Figl.2CrystalstruetureofKaolinite有的研究者用不經(jīng)處理的高嶺土只除去一種重金屬，并且探討了吸附機(jī)理。魏俊峰等176】對(duì)銅(II)在高嶺石表面的吸附進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和模式研究，結(jié)果表明，在同時(shí)考慮自由水合離子Cu2+和經(jīng)基金屬離子CuOH+與高嶺石表面絡(luò)合的情況下，單一表面基團(tuán)、無(wú)靜電表面絡(luò)合模式能很好地描述銅(n)的吸附行為。擬合得到的cuoH+的絡(luò)合常數(shù)比cu2+的大得多。銅(II)在高嶺石表面的吸附量隨pH值的升高而增加。吸附后銅在表面有兩種化合態(tài):>SOCu+和>SOCuOH，并且以>SOCu+為主。在實(shí)驗(yàn)的pH范圍內(nèi)，它們的濃度隨pH值升高而增加。Peacock等【7刀在恒定離子強(qiáng)度下，在pH值3一7范圍內(nèi)，考察了Cu(ID在高嶺土表面上的多位吸附。EX產(chǎn)fs光譜顯示吸附機(jī)理為由可變電荷引起的內(nèi)層絡(luò)合和永久電荷引起的離子交換。吸附等溫線顯示在pH6.5時(shí)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：X703;O647.31

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李鴻業(yè);脫硫石膏穩(wěn)定固定污染沉積物中重金屬的研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2010年

本文編號(hào)：2711649