论文部分内容阅读
铝是地壳中第三大元素,其在土壤中的水解过程受到很多成土因素的影响。土壤溶液中的有机酸会干扰铝矿物正常的结晶过程,使之成为活性更高的无定形铝氢氧化物,影响环境污染物的迁移与转化。本文研究了土壤中代表性的有机酸-单宁酸存在下形成的无定形铝氢氧化物对三种典型的有机污染物(菲、阿特拉津和五氯苯酚)的吸附特征,并借助于数学模型和傅立叶转换红外光谱探讨了其吸附机理;此外,运用无静电表面络合模型探讨了无定形铝氢氧化物对Pb2+和Cu2+的吸附模式。本文得到的主要结论如下:
1.通过比较线性和非线性回归方法拟合菲在无定形铝氢氧化物表面的吸附平衡数据的差异证实,非线性回归方法能够比较理想的确定对吸附数据具有最优拟合效果的等温吸附方程,因此本文数据拟合选用非线性回归方法。
2.单宁酸能够促进菲的溶解,菲在无定形铝氢氧化物上有很可观量的吸附;吸附能够快速达到平衡以及菲的吸附等温线为S型,说明是非专性吸附;准二级模型和颗粒内扩散模型能够很好的拟合菲的吸附动力学数据、Freundlich模型能很好的拟合吸附平衡数据,源于铝氢氧化物表面的异质性;用修正的Freundlich模型拟合数据可以直接比较各种晶形铝氢氧化物对菲的吸附能力,从而得到从大到小的顺序为:铝氢氧化物(单宁酸/铝摩尔比MR=0.1)>铝氢氧化物(MR=0)>铝氢氧化物(MR=10-2)>铝氢氧化物(MR=10-3),并没有与铝氢氧化物中的有机碳含量成正比关系,因此可以推测单宁酸被铝氢氧化物包裹,裸露出的官能团是亲水性的,不利于疏水性的菲吸附;菲的吸附与比表面积、吸水量、微孔面积及尺寸等没有表现出显著相关关系进一步验证了疏水性因素是菲吸附的主控因素;通过菲吸附前后铝氢氧化物红外光谱图的变化,推断菲的吸附是物理作用,并可以用熵驱动的假说来解释。
3.阿特拉津和五氯苯酚在单宁酸共存下形成的无定形铝氢氧化物表面上的吸附能力很有限,说明了单宁酸的引入并没有同等程度的提高对这两种污染物的吸附能力;通过红外光谱分析,发现阿特拉津是通过氨基的氢键作用吸附;阿特拉津的吸附同时佐证了单宁酸被包裹没有经历水解过程,因此很少有羧基生成,铝氢氧化物表面的是一些酚羟基基团。此外,五氯苯酚主要表现为物理吸附作用。
4.通过红外光谱和HPLC半定量单宁酸的溶出量简单探讨了单宁酸共存下形成的无定形铝氢氧化物的稳定性发现:铝氢氧化物(MR=0)会逐步转化为三水铝石,这回答了自然界中以三水铝石为最常见的铝氢氧化物的原因;随着体系酸度或碱度的增大,单宁酸都会溶出且酸性下会更强烈。
5.通过对单宁酸共存下形成的无定形铝氢氧化物进行酸碱滴定实验研究了其表面异质性并对重金属吸附随pH变化进行了拟合。用无静电表面络合模式拟合了滴定数据,发现两点位/三常数模型能够很好的描述滴定数据,说明了可以把单宁酸共存下形成的无定形铝氢氧化物表面位点分为两类:一类是两性表面,会有两个表观平衡常数,这可以认为是>Al-OH基造成;而另一类是单点位点,只有一个表观平衡常数,可以认为是由于表面单宁酸的酚羟基造成。无静电表面络合模型能够较好的拟合不同pH下Cu2+和Pb2+在单宁酸共存下形成的无定形铝氢氧化物上的吸附量和吸附模式。