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关键词：
曝气,黑臭河水,海寿,生理响应,净化
发表时间：
2013-10-11 16:03:54
摘要：通过海泡石（SEP）和酸化海泡石（ASEP）表面酸碱反应与吸附平衡实验，研究了天然和酸化海泡石表面化学特性及其对重金属的吸附机理。结果表明，海泡石经过酸化处理后碱性下降，表面部分阳离子被质子取代，表面酸度增加，形成更多的表面吸附位，有利于对重金属离子的吸附作用。随着溶液pH 由酸性向碱性的变化，重金属离子在海泡石表面的吸附机理表现为同晶置换与表面配位模式并存；当溶液pH 呈弱碱性时，Pb 和Cu 均发生表面沉淀，其中Pb 表现最为明显。采用等温吸附方法，研究了海泡石和酸化海泡石对Pb2+、Cd2+和Cu2+离子的吸附特性，结果表明，海泡石和酸化海泡石对Pb2+、Cd2+和Cu2+离子均有较好的吸附作用。海泡石对Pb2+、Cd2+和Cu2+离子的饱和吸附量分别为32.06、11.48 和22.10 mg·g-1，酸化海泡石对Pb2+、Cd2+和Cu2+离子的饱和吸附量分别为35.28、13.62 和24.36 mg·g-1。以物质的量计算，天然海泡石和酸化海泡石对三种重金属离子的吸附能力顺序为Cu＞Pb＞Cd。Cd2+和Cu2+在海泡石和酸化海泡石表面的吸附等温线符合Langmuir 方程，Pb2+离子的吸附由于随溶液pH 的升高而产生表面沉淀，导致其吸附等温线偏离Langmuir 方程。该项研究可为海泡石在土壤重金属污染修复中的应用提供一定的理论基础。
土壤环境中重金属污染对人类健康构成的潜在威胁已越来越多地引起人们的广泛关注。污染土壤重金属化学钝化修复的研究始于20 世纪50 年代，人们最早用吸附剂净化水体中不同的重金属，随后逐渐将该项技术应用到土壤重金属污染的吸附钝化修复中。随着人们对土壤重金属赋存形态的进一步研究，发现重金属的毒性与其在土壤中存在的各种形态间有着密切的相关性。一些基于降低重金属生物有效性的物质被应用于钝化土壤中的重金属，如沸石分子筛材料、石灰等[1-2]。20 世纪80 年代以后，许多钝化材料，如粉煤灰、生物固体、磷酸盐、含铁氧化物材料、粘土矿物、稻壳灰等相继被应用于污染土壤重金属的原位钝化修复研究中[3-8]。
矿物表面反应一般分为表面吸附与解吸、溶解与沉淀以及表面异相催化反应等。矿物-水界面反应控制着环境物质，特别是重金属离子的环境行为。同时，上述反应也改变着矿物的表面性质，如矿物悬浊液的界面电化学性质、聚沉性与流变性。粘土矿物表面电荷性质制约着重金属离子在其表面的吸附-解吸行为，是影响土壤表面重金属吸附-解吸最根本的因素之一。海泡石是一种纤维状多孔富镁质的硅酸盐粘土矿物，其结构单元均为硅氧四面体和镁氧八面体交替组成，具有0.37 nm×1.06 nm 大小的内部通道结构[9]，这种特殊的结构使得海泡石具有较大的比表面积和较高的离子交换容量，关于海泡石用于废水重金属处理，国内外已有较多研究报道[10-11]，但有关海泡石表面化学特征及其对重金属吸附性能的影响研究相对较少。
本文在海泡石表面酸碱反应、表面溶解与吸附实验的基础上，深入分析海泡石矿物表面电荷特征、质子化与去质子化等界面过程及其对重金属离子吸附反应机理，该项研究可为海泡石粘土矿物原位钝化修复重金属污染土壤提供一定的理论基础。
矿物表面反应一般分为表面吸附与解吸、溶解与沉淀以及表面异相催化反应等。矿物-水界面反应控制着环境物质，特别是重金属离子的环境行为。同时，上述反应也改变着矿物的表面性质，如矿物悬浊液的界面电化学性质、聚沉性与流变性。粘土矿物表面电荷性质制约着重金属离子在其表面的吸附-解吸行为，是影响土壤表面重金属吸附-解吸最根本的因素之一。海泡石是一种纤维状多孔富镁质的硅酸盐粘土矿物，其结构单元均为硅氧四面体和镁氧八面体交替组成，具有0.37 nm×1.06 nm 大小的内部通道结构[9]，这种特殊的结构使得海泡石具有较大的比表面积和较高的离子交换容量，关于海泡石用于废水重金属处理，国内外已有较多研究报道[10-11]，但有关海泡石表面化学特征及其对重金属吸附性能的影响研究相对较少。
本文在海泡石表面酸碱反应、表面溶解与吸附实验的基础上，深入分析海泡石矿物表面电荷特征、质子化与去质子化等界面过程及其对重金属离子吸附反应机理，该项研究可为海泡石粘土矿物原位钝化修复重金属污染土壤提供一定的理论基础。
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