镉在腐殖酸、针铁矿及其复合胶体上的吸持特性研究

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针铁矿(α—FeOOH)是土壤中的常见组分，在地表环境中广泛存在，同时它具有较大的表面积并且带有大量—OH、—OH+2等活性基团，可通过配位交换等机制对重金属离子产生专性吸附，从而对重金属离子在地表环境中的迁移和循环与生物有效性产生重要影响。腐殖酸也是一类分布广泛的天然物质，它大量存在于土壤、底泥、湖泊、河流以及海洋中。它含有的羧基、羰基、氨基和羟基等活性功能团，可络合吸持重金属离子，也可以与土壤矿物结合形成复合胶体，改变土壤吸附性能，对土壤中的重金属离子的环境化学行为也起着重要制约作用。两类胶体对重金属离子的吸持特性受到广泛关注，但对于两者共存及其复合胶体对重金属吸持特性的比较研究甚少，为此，本文以土壤污染较为普遍、危害较大的重金属镉为代表，采用批平衡试验，系统研究比较针铁矿、腐殖酸及针铁矿．腐殖酸复合胶体对镉的等温吸附解吸热力学、动力学特征、吸附机理及温度、离子强度、pH对吸附特性的影响。同时，还选取实际工业含镉废水，研究了它们对废水中镉的吸附去除效果，为深入了解镉在土壤中的化学行为、土壤镉污染的修复以及利用土壤胶体处理含镉废水提供科学依据。研究结果表明，在试验浓度范围(镉离子浓度为0.1-2.0mmol/L)内，镉在针铁矿、腐殖酸和针铁矿—腐殖酸复合胶体中的吸附量均随着加入镉离子浓度的增加而增加。Langmuir、Freundlich和Linear方程均可以用来拟合镉在这3种吸附剂对镉的等温吸附过程，其中Langmuir的拟合相关性最高．由此得出的最大吸附量分别为41.67、38.46、45.46mg/g，表明针铁矿．腐殖酸复合胶体较两者单一体系的吸附力有所提高，且所吸附的镉难以解吸，平均解吸率分别为5.871％、5.918％、1.068％。针铁矿、腐殖酸和针铁矿．腐殖酸复合胶体吸附镉吸附量的90％在75h左右完成，但达到平衡则需很长时间。三者所吸附镉的解吸过程也分快速和慢速两个反应阶段：从0-240 min为第一阶段，而240min之后是第二阶段。大部分吸附态镉离子在240min内被释放出来，而达到平衡却需要较长时间。高温利于针铁矿及复合胶体对镉吸附，复合胶体35℃时平均吸附率为97.1％，25℃时吸附率95.1％，针铁矿35℃时平均吸附率为61.2％，25℃时吸附率59.6％；温度增加不利于针铁矿及复合胶体对镉的解吸，复合胶体35℃时平均解吸率为1.9％，低于25℃时的解吸率2.3％；针铁矿35℃时平均解吸率为6.6％，低于25℃时的解吸率14.9％；腐殖酸则相反，35℃时平均吸附率为61.4％，25℃时的吸附率63.9％，35℃时平均解吸率为6.8％，25℃时的解吸率5.7％。离子强度增高，三种吸附剂对镉的吸附率、解吸率都增大：pH增高，三种吸附剂对镉的吸附率、解吸率都增大；在相同条件下。复合胶体的吸持性是二种吸附剂中最高的，平均吸附率约为96.3％，解吸率为2.27％，而针铁矿的平均吸附率为60.2％，解吸率为10.8％；腐殖酸平均吸附率为63.1％，解吸率为5.87％。吸附机制分析：通过计算得出镉在针铁矿上的吸附热为3.144 kJ·mol-1，在腐殖酸上的吸附热为-3.539kJ·mol-1，在针铁矿—腐殖酸复合胶体上的吸附热为37.452kJ·mol-1(ΔH的绝对值均＜40kJ/mol)，推测镉在针铁矿、腐殖酸和针铁矿—腐殖酸复合胶体中的吸附为物理吸附过程，其吸附机理可能有氢键、偶极作用力和配位基交换等作用，而不存在化学键作用。比较研究了针铁矿、腐殖酸和针铁矿—腐殖酸复合胶体三种胶体对实验室简单含镉废水和取自成都市成华区某企业电镀车间的实际含镉废水中镉的吸附去除作用。两类废水镉离子浓度分别为44.8mg/L和42.3mg/L，但实际含镉废水中还有其他重金属离子和有机物质的存在，而实验室简单废水则为镉离子单一溶液。研究结果表明：针铁矿、腐殖酸和针铁矿．腐殖酸复合胶体对实际含镉废水的吸附率分别为41％、45.6％、50.5％，远低于实验室简单含镉废水的吸附率67.6％、70.4％、90.8％，而复合胶体对实际含镉废水的吸附能力仍然是三种吸附剂最高的，吸附率达50％以上，在实际废水处理中，可作为预处理措施，从而提高处理效率。在试验范围内，复合胶体为10mg/L时，废水吸附率最高：实际废水吸附率为67.5％，实验室简单废水吸附率为99.5％。对两者的吸附效果进行方程拟合，发现实际废水拟合方程为Y=21.3051nX+53.289，r=0.991；实验室简单废水拟合方程为Y=3.292X+34.544，r=0.998，X为吸附剂浓度，Y为吸附率，这也说明复合胶体对两种废水的吸附方式有所不同。

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作者
罗文倩;
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作者单位

西南大学;

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授予单位西南大学;
学科环境科学
授予学位硕士
导师姓名魏世强;
年度 2009
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正文语种中文
中图分类土壤污染及其防治;
关键词
镉; 针铁矿; 腐殖酸; 复合胶体; 土壤污染;

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