常见矿物对菲的吸附—解吸行为特征及机理研究

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多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydroearbons,PAHs)是具有“三致效应”的毒害有机污染物,且具有生物难降解性,在环境中分布广泛,因而引起人们的广泛关注。而矿物对PAHs的吸附行为对其在所处环境中的迁移转化具有重要的影响。  为了揭示矿物对菲的吸附机理,本文选择了一种典型的多环芳烃菲作为指针污染物,采用批量平衡实验方法,对比了针铁矿、蒙脱石、高岭土、硅藻土和滑石五种典型矿物对水溶液中菲的吸附-解吸行为,分析了比表面积、疏水性、荷电性以及孔结构等多种矿物学因素对菲吸附的影响机制。同时,重点考察了溶液中不同K+浓度对蒙脱石吸附菲的影响,并从吸附热力学角度探讨其吸附机理,以及研究了热处理对蒙脱石结构以及菲吸附的影响。  论文的主要研究成果如下:  随着吸附剂质量的增加,矿物对菲的平均吸附量下降,吸附率增加;除了滑石,其他四种矿物对菲的吸附等温线均呈现出明显的非线性,吸附-解吸存在明显的滞后现象,滞后程度与矿物孔体积的大小呈线性关系(R2>0.97),采用Freundlich方程较之线性方程能更好描述其吸附.解吸曲线,其等温吸附非线性因子1/n都小于1,吸附滞留系数HI都大于0;滑石矿物对菲的吸附呈线性,不存在吸附-解吸滞后现象,其吸附曲线与Henry方程吻合程度最好。  由于层间水合阳离子的阻挡,蒙脱石的内部层间孔隙不能被有效利用,导致菲的吸附不太明显,但因为软阳离子K+能提高蒙脱石的表面疏水性以及形成阳离子-π键作用,因此当溶液中存在K+时,有利于蒙脱石对菲的吸附,且吸附能力随着溶液中K+浓度的增大而增加;相反地,软阳离子K+对菲在滑石上的吸附具有明显的抑制作用。此外,热力学实验表明,菲在蒙脱石上的吸附过程是一个自发放热,同时伴随着熵值的减小;随着温度的升高,蒙脱石对菲的吸附能力均减弱,温度升高不利于菲的吸附。  热处理对蒙脱石吸附菲的实验研究结果表明:不同的煅烧温度对蒙脱石的结构具有明显的影响,从而影响其热处理产物对菲的吸附性能。500℃热处理的蒙脱石对菲的吸附能力最大。  说明菲的吸附主要受三个因素的影响,即疏水作用力、阳离子-π键作用(H-π,K-π)以及微孔的毛细管凝聚作用。矿物内部结构与表面理化性质控制着菲的吸附-解吸环境行为,从而影响着菲等污染物的迁移转化。
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