不同类型粘土矿物对镉吸附与解吸行为的研究

[目的]揭示镉在土壤环境中的化学行为。[方法]采用批量吸附试验研究了4种不同类型的粘土矿物:蒙脱石、高岭石、针铁矿、三水铝石对镉的吸附与解吸特性,同时探讨了矿物用量及pH对镉吸附的影响。[结果]与Freundlich方程相比,Langmuir方程(R2>0.98)能较好的表征4种矿物对镉的吸附行为,说明矿物对镉的吸附是单层吸附。4种矿物对镉的最大吸附量大小为:蒙脱石(32.62mg·g-1)>针铁矿(11.52mg·g-1)>高岭石(7.99mg·g-1)>三水铝石(6.29mg·g-1)。4种矿物对镉的解吸率范围分别为:蒙脱石(19.99%~32.77%)、高岭石(13.48%~19.09%)、针铁矿(2.02%~3.48%)、三水铝石(1.09%~2.43%)。随pH升高蒙脱石、高岭石、针铁矿对镉的吸附量均呈增长趋势,而三水铝石基本保持不变。矿物用量在10.0g·L-1时,针铁矿对镉的吸附率达72.8%,与蒙脱石相近(79.1%)。[结论]针铁矿吸附率较高,而解吸率低,是一种较好的吸附剂。     

草酸与pH对矿物吸附Cd(Ⅱ)的影响及机制

用吸附平衡法研究草酸、pH对针铁矿、三羟铝石、三水铝石、高岭石吸附Cd2+的影响及机制。结果表明,供试矿物对Cd2+的吸附量为:针铁矿>高岭石≥三羟铝石>三水铝石。草酸对Cd2+吸附的影响呈峰形曲线变化,低浓度的草酸(小于1或1.25mmol·L-1)促进矿物对Cd2+的吸附;高浓度的草酸(大于1或1.25mmol·L-1)抑制Cd2+的吸附。不同pH下,草酸浓度对Cd2+吸附率的影响明显不一样,体系pH(pH<6)低时,草酸可促进Cd2+吸附,这种促进作用随pH升高而减弱,当pH>7时,草酸则抑制Cd2+的吸附。这主要与吸附体系中矿物表面性质的改变、Cd2+的存在形态、草酸在固液相间的分配有关。     

铁铝氧化物吸附磷的研究

用得到x-射线衍射及电子显微镜和红外光谱确证的人工合成针铁矿与三水铝石进行磷吸附的研究。结果表明,针铁矿和三水铝石具有强烈吸附磷的能力,所得吸附数据可用吸附等温方程——Langmuir方程,Freu-ndlich方程和Temkin方程描述,Langmuir方程的适用性较好。从方程得到的吸附参数Xm值和a值,三水铝石要比针铁矿高一倍,其ΔG值也高于针铁矿。这两种人工合成矿物的吸附参数同天然的高岭石、蒙脱石明显不同。此外,在高pH时,这两种合成矿物吸附的磷量均少于低pH时的吸附量,而当有竞争离子腐殖质或氟离子存在时,它们仍然能够强烈地吸附磷。     

不同尺寸纳米针铁矿表面性质及其对Cr(Ⅵ)吸附量的比较

为增进对纳米矿物在控制污染物环境行为方面的认识,通过控制Fe(Ⅲ)/OH-摩尔浓度比、老化温度,合成了尺寸大小依次为10.1、24.5、36.4 nm的针铁矿,利用XRD、HRTEM、ζ-电位和ATR-FTIR等表面分析技术研究了它们晶体结构和表面性质的差异,并比较了它们对Cr(Ⅵ)吸附量的大小.XRD分析发现10.1 nm针铁矿结晶度较低,某些晶面发育不完整.在结晶过程中,所有样品均出现某些相互平行晶面彼此粘连的晶筹现象.针铁矿体相羟基(υ_OH)伸缩振动、(001)晶面上羟基(δ_OH)面内和面外弯曲、Fe-O对称伸缩振动频率分别在3140、892、795、630 cm^-1左右.10.1 nm样品表面ζ-电位和等电点(PZC)均比其他2个样品的高,说明其表面正电荷数量最多,并表现为对Cr(Ⅵ)吸附量最大.针铁矿吸附Cr(Ⅵ)后,表面ζ-电位显著降低.同时,表面吸附态Cr(Ⅵ)红外振动频率与溶液离子态有明显不同,反映针铁矿对Cr(Ⅵ)吸附方式以专性吸附为主.     

不同矿质胶体对镉的吸附动力学及热力学研究

[目的]为探讨镉在不同矿质胶体中的吸附机理,以期为镉的土壤环境行为提供科学依据。[方法]本文采用一次平衡法研究了4种矿质胶体(蒙脱石、高岭石、针铁矿和三水铝石)对镉的吸附动力学与热力学特征,并采用Lagergren一级动力学方程、Lagergren二级动力学方程、颗内扩散模型、Elovich模型对试验数据进行拟合。[结果]4种温度下矿质胶体对镉的吸附分为快反应和慢反应2个阶段,0~30min为快速反应阶段,4种矿质胶体吸附量达到饱和吸附量的90%以上,此后为慢反应阶段。随温度升高,4种矿质胶体对镉的吸附量减少。当温度由10℃升到40℃,蒙脱石、高岭石、针铁矿和三水铝石对镉的吸附量分别减少了:31.6%、58.5%、31.8%、72.4%。4种矿质胶体的吸附动力学均符合Lagergren二级动力学方程,吸附过程以化学吸附为主,且是由2个或多个过程控制。[结论]4种矿质胶体对镉的吸附均为放热反应,反应能自发进行。     

红壤吸附六价铬的初步研究

研究了红壤对Cr(Ⅵ)的吸附行为。结果表明,红壤对Cr(Ⅵ)有明显的吸附作用,吸附等温曲线可用Freundlich方程和Langmuir方程描述。低pH值时吸附量随pH值升高稍有增加,pH超过某一限度,吸附量急剧下降,直至基本不吸附。各种阳离子及阴离子对Cr(Ⅵ)的吸附作用亦有不同程度的影响,其中PO_4~(3-)、SO_4~(2-)和Cl~-等的影响最大。     

有机酸对镉在土壤矿物上吸附特征的影响

研究了有机酸对镉在土壤矿物上吸附特征的影响,结果表明:有机酸对镉在矿物上吸附的影响基本上是一致的:随着胡敏酸浓度的增加,镉的吸附量迅速增大;对低分子量有机酸(草酸、乙酸、柠檬酸等)而言,在浓度较低时,镉的吸附量随着有机酸浓度的增加而有所增大,但随着浓度的增加,镉的吸附量逐渐降低.存在胡敏酸时,高岭石、针铁矿和三羟基铝石对镉的吸附率随着pH的升高而迅速增大,而且吸附率一直高于其它条件下的吸附率,pH>5.0时,吸附率接近100%.在存在低分子量有机酸(草酸、乙酸、柠檬酸等)的情况下,在pH<5.5时,高岭石、针铁矿和三羟基铝石对镉的吸附率随着pH的升高有较大的差异,与矿物种类及有机酸类型有着密切的关系,之后随pH的升高而迅速增大.     

高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ)对有机酸还原Cr(Ⅵ)的影响

通过批式试验研究了高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对草酸、柠檬酸和酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的影响.结果表明,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对3种有机酸还原Cr(Ⅵ) 均有良好的催化作用,其效果大小依次为:草酸、柠檬酸、酒石酸.酒石酸为还原剂,当其初始浓度≤2.0 mmol·L-1时,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的催化作用小显著,但其催化作用随酒石酸初始浓度的增加而明显提高.温度和pH对高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 催化草酸和柠檬酸还原Cr(Ⅵ) 有显著影响,温度越高,反应速率越快;当pH在3.5～4.5范围内,草酸对Cr(Ⅵ) 的还原反应速率随pH的降低而显著升高;然而,柠檬酸对Cr(Ⅵ) 的还原速牢却在pH=4.0时为最快.     

黄壤对铬(Ⅵ)吸附特性的研究

用振荡平衡法研究了西南地区不同母质发育的4种黄壤对Cr(Ⅵ)的吸附行为。结果表明,黄壤对Cr(Ⅵ)有明显的吸附作用,等温吸附曲线可以用Freundlich方程、Langmuir方程和Temkin方程描述。最大吸附量(M)为冰碛黄壤>玄武岩黄壤>再积黄壤>老风化壳黄壤。酸度和温度对黄壤吸附Cr(Ⅵ)均有影响。随pH值升高,吸附量下降,当pH值升高到一定时,吸附量不再有所变化;随温度升高,吸附量增大,其相关性达显著或极显著水准。     

成型马尾松针对含铬废水中Cr（Ⅵ）的去除

以废弃的马尾松针为原材料,制备了易回收的成型马尾松针,并用于含铬（Cr）废水的吸附。通过磷酸与羧甲基纤维素钠反应将废弃马尾松针成型化,以重铬酸钾溶液作为模拟含铬废水,研究吸附剂投加量、pH、初始浓度等对成型马尾松针吸附Cr（Ⅵ）的影响。结果表明：成型马尾松针对水中Cr（Ⅵ）具有良好的去除效果,质量浓度为10 mg·L^-1的Cr（Ⅵ）溶液,吸附剂投加量为10.0 g·L^-1时,Cr（Ⅵ）去除率达到99%;成型马尾松针对Cr（Ⅵ）的吸附是一个先快速吸附、后缓慢达到平衡的过程,对于10 mg·L^-1的Cr（Ⅵ）溶液,最终吸附平衡时间为6 h。马尾松针对Cr（Ⅵ）的去除率随着pH的升高而降低,在pH 1~4时,去除率超过90%;成型马尾松针对Cr（Ⅵ）的吸附符合Freundlich模型,吸附过程可以由准一级动力学模型描述;成型马尾松针去除Cr（Ⅵ）的主要机制是静电吸附、氧化还原和络合作用。研究表明,成型马尾松针在去除Cr（Ⅵ）方面具有良好的潜力,可实现废弃生物质资源的循环利用和废水中有毒重金属去除的双重目标。     

生物炭基硫酸盐还原菌(SRB)对Cr(Ⅵ)的吸附效应及作用机制

分别在300、500℃和700℃下制备水稻、小麦和玉米秸秆生物炭,对比以不同类型生物炭为载体制备的炭基硫酸盐还原菌(SRB)对Cr(Ⅵ)的吸附效应,筛选出吸附效果最佳的炭基菌剂。采用扫描电镜、傅里叶红外光谱和比表面积测试仪对生物炭进行表征分析,研究了溶液pH、吸附时间、生物炭添加量和Cr(Ⅵ)初始浓度对炭基SRB吸附Cr(Ⅵ)的影响,并结合吸附动力学和等温吸附模型探讨其对Cr(Ⅵ)的吸附过程及作用机制。结果表明:以700℃限氧热解小麦秸秆(XM700)为载体制备的炭基SRB(IBXM700)对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,其最佳吸附条件为pH=5、生物炭添加量0.6 g·100 mL~(-1)、吸附时间24 h、Cr(Ⅵ)的初始浓度100 mg·L~(-1);IBXM700对Cr(Ⅵ)的吸附更符合拟一级动力学,以离子交换和表面物理吸附为主,以化学吸附作用为辅,其等温吸附符合Langmuir模型,属于单分子层吸附;SRB能还原SO_4~(2-)为S~(2-),或分泌还原酶将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),从而达到去除目的。研究表明,IBXM700去除Cr(Ⅵ)的主要机制为吸附作用与还原作用。     

人工湿地基质对磺胺甲恶唑和六价铬复合污染的吸附性能

为探明能够协同吸附磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole，SMZ）和六价铬[Cr（Ⅵ）]的人工湿地基质种类，以蛭石、沸石、河砂、泥炭、水稻土、高炉渣、硅藻土、火山岩、钾长石和砾石10种基质作为吸附剂，采用批次吸附试验，研究SMZ和Cr （Ⅵ）单吸附和共吸附的吸附动力学、吸附等温线和pH响应变化。结果表明：准二级动力学模型能更好地描述SMZ和Cr （Ⅵ）在基质上的吸附过程（R²≥0.993），同时伴随体积扩散、大孔扩散和微孔扩散三个阶段（C_i>0），SMZ和Cr（Ⅵ）互相削弱了彼此的体积扩散和大孔扩散（P>0.05），降低Cr（Ⅵ）吸附量从0.51~0.97 mg·g^-1至0.48~0.49 mg·g^-1，但增加SMZ吸附量从0.35~0.54 mg·g^-1至0.45~0.51 mg·g^-1，SMZ和Cr （Ⅵ）以水稻土和火山岩动力学聚类变化较大。Freundlich模型能更好地描述SMZ和Cr （Ⅵ）（R²≥0.839）在各基质上的吸附行为，Cr （Ⅵ）对SMZ吸附以促进作用为主，SMZ对Cr （Ⅵ）吸附的影响因基质不同而存在差异，其中SMZ和Cr （Ⅵ）互相促进彼此在钾长石、高炉渣、火山岩、砾石的吸附容量，分别提升10%、10%、21%、25%和166%、71%、104%和658%，吸附等温线聚类变化较大。SMZ和Cr（Ⅵ）在各基质上的吸附量随pH递增而递减，酸性pH下泥炭和火山岩对SMZ和Cr（Ⅵ）的吸附量均高于其他基质，pH响应聚类变化较大。研究表明，钾长石、高炉渣、火山岩、砾石和泥炭有利于SMZ和Cr（Ⅵ）的协同吸附，是人工湿地控制SMZ和Cr （Ⅵ）复合污染的潜在基质。     

苄嘧磺隆在几种氧化物表面的吸附及氯离子对吸附的影响

 利用平衡吸附法研究了苄嘧磺隆在高岭土、针铁矿、水铁矿、非晶型氢氧化铝及水钠锰矿表面的吸附以及氯离子对吸附的影响。结果表明 ,供试粘土矿物及氧化物对苄嘧磺隆的吸附均符合Langmuir方程 ,最大吸附量大小顺序为 :非晶型氢氧化铝 >针铁矿 >水铁矿 >水钠锰矿 >高岭石 ,且吸附量随氯离子浓度的增加而降低。其中在非晶型氢氧化铝和针铁矿表面的降幅较大     

蔬菜地土壤对Cr（Ⅵ）的吸附——解吸特征研究

以韶关某蔬菜地土壤为研究对象,研究了反应时间、反应物浓度、pH值、共存离子等因素对Cr(Ⅵ)吸附反应的影响,并在此基础上研究了Cr(Ⅵ)的解吸特征,区分了有机质和氧化铁等组分对Cr(Ⅵ)吸附的贡献。结果表明：在pH值为4.0～6.0的范围内,Cr(Ⅵ)吸附反应48 h可达到平衡。Cr(Ⅵ)吸附百分比随着pH值的上升而下降,且pH值越低,静电吸附方式所占比例越高,这是因为pH值越高,土壤表面负电荷量越多,对Cr(Ⅵ)的静电斥力越强。Cu²⁺的存在可降低土壤表面负电荷量,由此促进Cr(Ⅵ)吸附和提高静电吸附方式所占比例;加入H₂PO₄^-后,土壤表面负电荷量增加,Cr(Ⅵ)吸附受到抑制,但专性吸附方式所占比例有所提高。在所研究的初始浓度范围内,去除有机质、非晶质氧化铁和游离氧化铁后,Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别下降24.63、6.40和9.89个百分点。本结论将有助于了解Cr(Ⅵ)在该土壤固、液两相的分配平衡、生物有效性和迁移性,对其污染风险控制可提供一定的理论支撑。     

不同主导晶面赤铁矿对Cr(Ⅵ)吸附与迁移行为的影响

为探究赤铁矿的晶面效应对Cr(Ⅵ)迁移的影响,采用批实验研究了{001}主导晶面的片状纳米赤铁矿(HNPs)与{110}主导晶面的棒状纳米赤铁矿(HNRs)对Cr(Ⅵ)的吸附机制,并通过柱实验考察了不同环境因素(pH、入流浓度、流速和离子强度)对Cr(Ⅵ)在两种赤铁矿修饰石英砂表面的迁移规律。批实验结果表明:HNPs与HNRs对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。HNPs与HNRs对Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为2.97 mg·g~(-1)和4.95 mg·g~(-1)。pH和离子强度增加,HNPs与HNRs对Cr(Ⅵ)的吸附量降低,表明吸附过程同时存在化学吸附和静电吸附机制。柱实验结果表明:pH增大,填充柱表面负电荷增多,减少了对Cr(Ⅵ)的滞留;增加初始浓度能够加快位点占据速度,增大流速导致Cr(Ⅵ)在柱内停留时间减少。离子强度增大,增强了阴离子竞争吸附,促进了HNPs与HNRs上Cr(Ⅵ)的解吸和迁移。相同条件下,由于{001}晶面对Cr(Ⅵ)的吸附点位密度低,导致Cr(Ⅵ)在HNPs中的滞留量小于HNRs。研究表明,赤铁矿不同主导晶面吸附构型的差异显著影响Cr(Ⅵ)吸附与迁移行为。     

改性沸石对Cr(Ⅵ)与F~-的竞争吸附性能研究

利用粉煤灰合成改性沸石吸附Cr(Ⅵ)与F-,考察沸石投加量、初始pH、吸附时间对其竞争吸附效果的影响,研究沸石吸附Cr(Ⅵ)与F-的吸附等温线和吸附动力学模型。结果表明,沸石投加量、初始pH与吸附时间均对沸石吸附Cr(Ⅵ)与F-的效果影响显著。沸石对Cr(Ⅵ)与F-吸附去除率随着沸石投加量的增加而提高,而单位质量的沸石吸附剂对Cr(Ⅵ)与F-的吸附容量均不断下降。沸石对Cr(Ⅵ)的吸附去除率随初始pH升高而降低,而对F-的吸附去除率随初始pH升高先下降再上升。沸石对两种离子的吸附去除率随着吸附时间的延长而不断提高,且竞争吸附主要集中在90 min以内完成。在整个吸附过程中,Cr(Ⅵ)在竞争吸附过程中占优势,两种离子的吸附顺序始终为Cr(Ⅵ)F-。沸石对Cr(Ⅵ)与F-的吸附过程均更符合Freundlich吸附等温模型,且准二级动力学方程能够较好的描述沸石对两种离子的吸附行为。     

Cr（Ⅵ）还原菌Microbacterium sp. QH-2对铝氧化物吸附铬影响的研究

氧化铝是土壤中最丰富和最活泼的矿物质之一,能对土壤中铬元素的迁移和转化产生影响。而土壤Cr(Ⅵ)还原菌能将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)。本研究探讨了Cr(Ⅵ)还原菌对铝氧化物吸附铬的影响。结果表明,在pH为4时,γ-氧化铝对Cr(Ⅵ)吸附能力明显强于α-氧化铝。α-氧化铝和γ-氧化铝与Cr(Ⅵ)还原菌株Microbacterium sp. QH-2混合培养后,二者的晶体结构并未受影响,但菌株QH-2的存在增加了α-氧化铝和γ-氧化铝对总铬的吸附量。     

几种合成铁锰铝氧化物对铜离子的吸附作用及其影响因素研究

应用平衡吸附法,研究了在不同的pH、离子强度、温度、Cu2 浓度及接触时间条件下,针铁矿、赤铁矿、δ-MnO2和三羟铝石对Cu2 的吸附作用.结果表明,随pH升高,几种氧化物对Cu2 的吸附率增大;针铁矿、赤铁矿和三羟铝石对Cu2 的吸附边界pH分别为4、5和4,而δ-MnO2的吸附边界pH不明显;随离子强度增大,针铁矿和赤铁矿对Cu2 的吸附量增加,而δ-MnO2和三羟铝石则降低;随Cu2 浓度增加,几种氧化物对Cu2 的吸附量增加,Langmuir方程的拟合效果最好.表观热力学参数指出.几种氧化物对Cu2 的吸附是自发、吸热和混乱度增加的过程;几种氧化物对Cu2 的吸附动力学过程可划分为快速和慢速反应阶段.Elovich方程更适于描述针铁矿和δ-MnO2对Cu2 的吸附动力学过程,双常数和抛物线扩散方程更适于赤铁矿,而一级动力学方程更适于三羟铝石.活化能和活化热力学参数指出,δ-MnO2对Cu2 吸附所需能量少、容易达到有序态,吸附速率大;而赤铁矿对Cu2 吸附所需能量多、不易达到有序态,吸附速率小.几种氧化物对Cu2 吸附的强弱顺序通常为δ-MnO2＞三羟铝石＞针铁矿＞赤铁矿.     

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450℃和600℃下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明：对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr（Ⅵ）的吸附性能大小顺序为：玉米秸秆 > 生物炭300℃ > 生物炭450℃ > 生物炭600℃;当溶液初始pH=1时,对Cr（Ⅵ）的吸附性能大小顺序为：生物炭300℃ > 玉米秸秆 > 生物炭450℃ > 生物炭600℃,且生物炭300℃对Cr（Ⅵ）的最大吸附量约为141.24 mg·g^-1。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附。     

BS-12+DTAB复配修饰膨润土吸附Cr(Ⅵ)和Cd2+的研究

为了探究和比较两性+阳离子复配修饰膨润土对不同类型重金属离子[Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)]的吸附效应及影响机制,采用阳离子型表面修饰剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB或DT)复配修饰两性表面修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12或BS)修饰膨润土,批处理法研究各复配修饰土样对Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)的等温吸附的异同,并对比温度、pH值和离子强度对吸附的影响。结果表明:各复配修饰膨润土对Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)的吸附等温线均符合Langmuir模型。供试土样对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量呈现BS+150DT(150%CEC的DTAB复配修饰膨润土)BS+100DTBS+50DTBS+25DTBSCK(膨润土)的趋势,且最大吸附量(qm)为205.67 mmol·kg-1(BS+150DT)。土样对Cd~(2+)的平衡吸附量表现为BSCKBS+25DTBS+50DTBS+100DTBS+150DT,其qm值为232.38 mmol·kg-1(100BS)。10~40℃范围内,CK、BS修饰土对Cr(Ⅵ)吸附量为增温正效应,而BS+DT复配修饰土对Cr(Ⅵ)吸附呈现自发、焓减和熵增的特征;各供试土样对Cd~(2+)的吸附均表现为自发、焓增和熵增的特征。随着pH值的升高,各修饰土样对Cr(Ⅵ)的吸附量均逐渐降低,而对Cd~(2+)的吸附量逐渐增加。离子强度增加不利于供试土样对Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)的吸附。BS+DT复配修饰膨润土表面的电荷类型、电荷数量是决定Cr(Ⅵ)和Cd~(2+)吸附差异的主要因素。