铁、锰和铝氧化物吸附硒的行为研究

表生环境中,吸附是硒进入固相沉积环境的重要途径之一。为了厘清硒氧阴离子团吸附行为及其影响因素,本文选择赤铁矿、二氧化锰和氧化铝作为吸附剂,采用批次实验的方法,研究了溶液pH、硒浓度以及反应时间等对硒的吸附影响。结果表明:为了达到较理想的吸附效果,溶液的pH应控制在4~6之间,在室温、pH为5时,赤铁矿、二氧化锰和氧化铝对亚硒酸盐的饱和吸附量分别约为1.62×10-3、0.33×10-3和1.07×10-3,对硒酸盐的饱和吸附量分别约为1.0×10-3、0、0.55×10-3;其吸附规律均符合Langmuir等温吸附方程,且理论最大吸附量与实验得出的最大吸附量基本一致。运用准一级动力学、准二级动力学、Elvoich方程和颗粒内扩散模型4种动力学模型对实验数据进行拟合,发现硒吸附过程运用准二级动力学方程表示时相关性最好,表明了硒氧阴离子团在铁、锰、铝氧化物表面的吸附过程较为复杂,可能涉及表面物理吸附和颗粒扩散等过程。     

铁改性斜发沸石的制备及吸附Sb(Ⅴ)效果研究

用不同浓度的FeCl_3·6H_2O溶液对斜发沸石进行改性,制得铁改性斜发沸石(IMC),采用XRD,FTIR对改性前后的斜发沸石进行表征,消解后用原子吸收光谱仪对IMC表面负载铁量进行测定。以KSb(OH)6为Sb(Ⅴ)锑源、IMC为吸附剂,研究IMC对Sb(Ⅴ)的吸附去除效果。探讨了IMC载铁量、吸附时间、Sb(Ⅴ)初始浓度与吸附量的关系。结果表明:IMC对Sb(Ⅴ)的吸附量随载铁量的增加而增大,IMC90对Sb(Ⅴ)的吸附量为36.27×10~(-3);斜发沸石是羟基氧化铁(FeOOH)的优良载体;IMC_(50)吸附Sb(Ⅴ)所需平衡时间约12h;IMC_(50)对Sb(Ⅴ)的最大吸附量为35.05×10~(-3),是天然斜发沸石的9倍多;Elovich模型能较好反映吸附动力学过程;吸附等温线符合Langmuir模型和Freundlich模型;IMC50吸附处理Sb(Ⅴ)后3 333cm~(-1)处羟基宽化特征峰、695cm~(-1)和642cm~(-1)处的FeOOH特征峰强度明显降低,羟基宽化特征峰和695cm~(-1)处的FeOOH特征峰分别偏移到3 323cm~(-1)和694cm~(-1)处,Sb(Ⅴ)与羟基氧化铁(FeOOH)之间发生了络合反应。     

凹凸棒石对Bt蛋白的吸附特性及其对生物活性的影响

通过静态吸附实验,研究了苏云金杆菌(Bt)杀虫蛋白在凹凸棒石表面上的吸附动力学和热力学规律,考察了时间、温度、pH和蛋矿比对吸附性能的影响。研究表明:Bt杀虫蛋白能够迅速被凹凸棒石吸附,30min基本达到吸附平衡。吸附动力学对准一级、准二级、内扩散和Elovich模型的符合程度依次为:准二级模型>Elovich模型>准一级模型>内扩散模型。吸附温度升高,吸附量下降。在pH 7~10范围内,pH升高吸附量下降。初始蛋矿比升高,吸附量升高但吸附率下降。在278~318 K范围内,凹凸棒石对Bt蛋白的吸附是一个自发、放热和熵增过程。吸附自由能(△G_(ads)~0)在-35.56~-38.37 k J mol-1之间,吸附焓(△H_(ads)~0)为-16.16 k J mol~(-1),吸附熵(△S_(ads)~0)为69.47 J mol~(-1)K~(-1)。利用FTIR和XRD对吸附复合物进行了表征,提示Bt蛋白被凹凸棒石吸附后其结构没有明显变化。Bt蛋白被凹凸棒石吸附后杀虫活性提高,且抗紫外光降解能力增强,这一结果为Bt高效制剂开发和凹凸棒石的应用提供了实验依据。     

热处理褐铁矿去除水中的Mn2+

本文利用褐铁矿中针铁矿经热脱水相变获得以纳米晶赤铁矿为主要物相的纳米-微米多级孔结构材料,并用于模拟净化富Mn~(2+)地下水。同时考察了热处理温度、初始pH值、初始Mn~(2+)浓度、吸附反应时间等对材料去除溶液中Mn~(2+)的影响。XRD、TEM、BET表征结果表明,300℃热处理产物中赤铁矿孔径最小为2.7 nm,比表面积最大达到107.4 m~2/g。吸附实验结果表明,在pH值5~10的范围内,p H值对煅烧褐铁矿颗粒对Mn~(2+)去除效果影响较小;材料在贫氧条件下对水中低浓度Mn~(2+)的最大吸附量为6.45 mg/g;吸附动力学符合准二级动力学模型;褐铁矿热处理形成的纳米晶赤铁矿对Mn~(2+)具有吸附和催化氧化作用,其中的杂质锰氧化物对Mn~(2+)的吸附和催化氧化具有增强作用。     

粘土质白云岩去除水中铜离子的效果及其机制

利用静态吸附实验研究了溶液pH值、反应时间、初始Cu2+浓度等因素对凹凸棒石粘土矿中粘土质白云岩去除Cu2+效 果的影响,将准一级、准二级、Elovich动力学方程与反应动力学进行拟合,再利用Langmuir、Freundlich等温方程对实验数 据进行等温式拟合,并与普通白云岩和凹凸棒石粘土进行了对比研究。结果表明,粘土质白云岩相对于其他两种材料受pH 影响较小,且在pH3~5范围内对Cu2+去除率均大于85%,最佳pH为5;对Cu2+的去除符合准二级动力学模型,粘土质白云 岩对铜的去除速率和去除率均最高;等温数据符合Freundlich模型,对Cu2+的最大去除量（pH=5,30℃）为186.2×10-3。粘 土质白云岩去除水中Cu2+的主要机制为矿物水化与溶解引起的表面沉淀及凹凸棒石与新生碱式碳酸铜[Cu2CO3(OH)2]胶体的静 电吸附。粘土质白云岩中纳米凹凸棒石与亚微米多孔白云石共生,具有较高的化学反应活性,除Cu2+效果明显优于普通白 云岩和凹凸棒石粘土,在处理含Cu2+废水方面具有潜在应用价值。     

磁赤铁矿对有机染料吸附行为的特征研究

利用标准地质样品磁赤铁矿,运用XRD,BET对其进行晶型及比表面积的表征。采用动态吸附实验,研究了磁赤铁矿对浓度为1.0×10-5 mol/L的酸性桃红(Sulforhodamine,SRB),结晶紫(Crystal violet,CV)的吸附特性。考察了溶液离子浓度、pH、吸附时间以及吸附剂投加量对其吸附特性的影响。结果表明,在相同实验条件下,SRB在100min达到吸附平衡,CV在20min达到吸附平衡。溶液pH和离子强度对其吸附都有很大的影响,磁赤铁矿对CV及SRB的最大吸附量分别为3.27×10-3及0.587×10-3。利用Langmuir和Freundlich等温吸附模型对吸附过程进行描述,结果表明,磁赤铁矿对SRB的吸附符合Freundlich模型,对CV的吸附属于Langmuir模型。用准一级和准二级吸附动力学方程对实验数据进行了线性回归分析,结果表明SRB属于准一级动力学方程,CV属于准二级动力学方程。热力学研究表明,磁赤铁矿吸附CV及SRB的过程都是自发进行的吸热反应。     

油页岩对钴离子的吸附性能研究

油页岩中因含有大量的黏土矿物而对金属离子具有一定的吸附能力.采用静态吸附法对油页岩吸附钴离子的影响因素及吸附动力学进行了研究.结果表明,油页岩粒度、溶液浓度、溶液pH值、吸附时间等均对吸附性能有一定影响.油页岩对钴离子的吸附量随样品粒径的减小而增大;随着钴离子初始浓度的增加,油页岩对钴离子的吸附总量增加;溶液pH值在3~8范围内,油页岩对钴离子的吸附量和吸附率随着pH值的增大呈上升趋势.通过吸附动力学研究发现,油页岩对钴离子的吸附过程符合准二级动力学过程和粒子内扩散机理.     

阿拉尔河下游沉积物对铀的吸附及其影响因素

采用静态吸附实验,研究了阿拉尔河下游沉积物对水溶液中铀的吸附机制,分析了反应时间、pH值、粒径、固液比、铀初始浓度等因素对沉积物吸附铀的影响,并对其吸附动力学过程和热力学性质进行了探究。结果表明:阿拉尔河河流沉积物对铀的吸附在16 h左右趋于平衡;溶液pH值对沉积物吸附铀具有显著影响,当pH=6~7时,吸附率最大;在一定条件下,吸附率与固液比呈正相关,与粒径及铀初始浓度呈负相关;吸附量与固液比呈负相关,与铀初始浓度呈正相关;吸附动力学过程遵循准二级动力学模型,由两个以上步骤共同控制;吸附热力学符合Freundlich吸附等温模型,沉积物对铀的吸附以多分子层吸附为主,是自发、吸热的熵增过程。     

针铁矿及其热活化产物除Sb(Ⅲ)效果对比

以合成针铁矿为原料,通过煅烧法获得比表面积分别为85.74和22.65 m2/g的多孔纳米赤铁矿和磁赤铁矿,通过静态实验探究了针铁矿和煅烧产物的Sb(Ⅲ)吸附性能.结果 表明,Sb(Ⅲ)吸附效率为赤铁矿＞磁赤铁矿＞针铁矿,其前二者效率显著高于针铁矿.Sb(Ⅲ)在3种矿物表面的吸附均为快速的化学吸附,吸附在2h内即可接近平衡,符合准二级动力学反应和Freundlich等温吸附模型,为自发进行的吸热反应,升高温度有利于反应的进行.在45 ℃、pH=7的条件下,针铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿的最大吸附量分别可达16.04、50.44和33.53 mg/g.pH对赤铁矿和磁赤铁矿的Sb(Ⅲ)吸附效率影响不大,但pH升高会导致针铁矿的吸附能力降低.CO32-、SiO44-、PO43-和胡敏酸会与Sb(Ⅲ)竞争吸附位,抑制3种矿物对Sb(Ⅲ)的吸附,但这种抑制作用只在阴离子浓度较高的条件下有效.研究认为磁赤铁矿具有更多的表面活性位和较强的磁回收能力,是优于针铁矿和赤铁矿的含Sb(Ⅲ)废水处理材料.     

天然黄铁矿对阳离子有机染料RhB吸附特性研究

以黄铁矿作为吸附剂研究罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的吸附特性,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对黄铁矿进行了表征。考察了接触时间、溶液pH值、离子强度、温度等对黄铁矿吸附RhB的影响。结果表明,在吸附平衡时间120 min、pH值4.0时,吸附量达到最大值21.3 mg/g。升高温度,黄铁矿对RhB的吸附量逐渐增大。而离子强度对吸附几乎没有影响。实验数据与Langmuir吸附模型拟合良好,整个吸附动力学模型符合准二级吸附动力学模型。热力学研究证实了该吸附过程是自发进行的。通过对吸附反应结束后的黄铁矿进行煅烧处理,去除表面吸附的RhB,结果表明煅烧一次的黄铁矿仍然可以吸附废水中约50%的RhB,具有重复利用的价值。     

pH值和氧化剂对硫化锑氧化溶解的影响机制

矿山开采活动影响下辉锑矿的氧化溶解是影响岩-土-水环境介质中锑的迁移转化及其环境效应的重要过程。目前对于辉锑矿溶解的研究主要关注动力学特征,对于它氧化溶解的途径、环境因素的影响、锑的释放规律等重要问题的认识还不明确。为探究碳酸盐岩矿区地下水中锑释放过程,选取重要环境因素pH值和Fe(Ⅲ),采用单因素控制条件下的批实验方法,精细刻画避光条件下辉锑矿(Sb_2S_3)氧化溶解速率及Sb和S氧化产物的组成特征。研究结果表明,Sb_2S_3的氧化溶解是一个产酸的过程,Sb和S的释放速率、途径和产物特征受pH值和Fe(Ⅲ)的显著影响。Sb_2S_3的氧化溶解速率由快变慢后趋于平衡,初始反应速率的量级为10~(-8) mol/(m~2·s),平衡反应速率的量级为10~(-10) mol/(m~2·s)。Sb的释放氧化速率随pH值的增加而增加,强碱条件下最有利于Sb的释放和氧化。强酸条件下,H_2S、SO_2气体逸出和S(0)的沉淀促进了Sb_2S_3的溶解,Sb(Ⅲ)和S(0)为主要产物。中性条件下,溶解形成的HS~-经逐步氧化生成SO~(2-)_4和少量S_2O~(2-)_3,Sb(Ⅲ)和Sb(V)含量相近。强碱条件下,SbS~(3-)_3和S~-_x的生成显著提升了Sb_2S_3的氧化溶解速率,Sb(V)和S_2O~(2-)_3是主要产物。Fe(Ⅲ)单独氧化作用时,Sb(V)和S(0)是主要产物,锑释放的表观速率无显著提升,可能与SbOCl和S(0)的生成有关。研究表明,O_2能够协同Fe(Ⅲ)氧化Sb_2S_3,但以Fe(Ⅲ)的作用为主导。本研究揭示了Sb_2S_3在不同pH值及氧化剂条件下氧化溶解的产物组成特征,提出了不同环境因素影响下的氧化溶解途径,证明碳酸盐岩天然缓冲地层更有利于锑的释放与氧化,岩溶地下水中锑诱发的环境效应会更为严重。     

ZH型重金属螯合纤维对水溶液中Sr2+的吸附行为

研究了ZH型重金属螯合纤维对水溶液中Sr~(2+)的吸附行为,考察了pH值、纤维加入量、Sr~(2+)初始浓度、作用时间等对吸附行为的影响,并采用SEM、EDS和FTIR等现代分析测试手段探讨了ZH型重金属螯合纤维对Sr~(2+)的吸附机制。结果表明,在pH值为7.0、纤维加入量为2.0 g/L、Sr~(2+)初始质量浓度为50 mg/L的条件下,纤维对Sr~(2+)的吸附在4 h左右基本达到平衡。实验条件下ZH型重金属螯合纤维对Sr~(2+)的最大吸附量可达26.22 mg/g。等温吸附拟合结果表明,ZH型重金属螯合纤维对Sr~(2+)的吸附可能是以单分子层为主的单分子层和多分子层吸附共同作用的结果。纤维对Sr~(2+)的动力学吸附过程符合准二级动力学模型。红外光谱分析表明Sr~(2+)与纤维上—NH_2和—COOH等基团进行配位络合从而吸附在纤维表面,—CH_2—和C=CH_2等基团参与此吸附过程。能谱分析表明Sr~(2+)与纤维上Na~+和Ca~(2+)还存在着离子交换作用。     

多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)吸附Cu2+的实验研究

细菌表面往往存在多种化学基团,能够通过吸附作用影响环境流体中金属元素的活动性,从而与表生条件下的元素富集、矿物成核结晶等地球化学过程密不可分。为了深入认识细菌吸附作用的地球化学意义和环境效应,揭示细菌吸附金属离子的热力学行为,选择了多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)为研究细菌,系统开展了滴定实验和Cu2 吸附实验。通过连续酸滴定方法分析了细菌表面的化学特征,发现多粘芽孢杆菌在pH值为7.54~6.50范围内,表面带负电荷,表现出质子吸附行为;设计开展了Cu2 吸附实验,发现溶液的pH值对Cu2 吸附有一定影响,可能存在Cu2 与细菌表面质子的交换作用;根据Cu2 吸附等温线拟合计算,发现吸附等温线符合Langmuir和Freundlich吸附模型,根据Langmuir模型计算得到每个细胞的Cu2 饱和吸附量高达1.69×10-7mg。     

运用原位衰减全反射红外光谱法研究铬磁铁矿对磷酸根的吸附作用

采用原位衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR)探讨pH值和磷酸根浓度对磷酸根在磁铁矿表面吸附形态的影响。结果表明:随着pH值降低,磷酸根浓度增大,磷酸根在磁铁矿表面的吸附量随之增加,形成内层吸附。发现有3种吸附模型:(1)在低pH值时,主要形成对称性为C1的吸附形态,可能主要是单质子化双齿双核络合形态;(2)在高pH值条件下发现有2种形态,高磷酸根浓度条件下,形成1种对称性为C3ν吸附形态,主要是单齿单核络合形态,在低浓度条件下,发现1种C2ν对称性吸附形态,可能是去质子化双齿双核络合形态,与单齿单核络合形态的物种在低浓度条件下共同存在。     

聚合羟基铁铝蒙脱石复合体对磷的吸附行为及其动力学

在一定条件下利用钠基化蒙脱石合成了聚合羟基铝-蒙脱石复合体(HyA1-Mt)、2个不同铁含量的聚合羟基铁-蒙脱石复合体(HyFe-Mt)和3个不同Fe:Al摩尔比的聚合羟基铁铝-蒙脱石复合体(HyFeAl-Mt),研究了酸性和弱酸性条件下(pH=3.0～6.5)以上蒙脱石复合体对磷的吸附行为和动力学特征。结果表明,HyFeAl-Mt对磷的吸附容量大于HyA1-Mt和HyFe-Mt复合体,且随着Fe:Al摩尔比的增大,对磷的吸附容量依次增加。随pH升高,蒙脱石复合体对磷的吸附量容量变小。但随Fe:Al摩尔比增大,HyFeAl-Mt复合体零电荷点(pHZPC)升高,pH对磷的吸附的影响越来越小,HyFe-Mt对磷的吸附几乎不受pH的影响。随Fe:A1摩尔比的增大,HyFeAl-Mt对磷的吸附能力增强,铁含量是磷吸附量的重要控制因素。磷在各蒙脱石复合体上的吸附实验数据可很好地用Langmuir吸附等温方程拟合。磷在各蒙脱石复合体上的吸附动力学过程可分为快速和慢速两个过程,快速过程中的动力学受铁含量影响明显。动力学数据可同时用准二级动力学方程和Elovich方程拟合。     

红石泉铀矿床铀的迁移形式及沉淀机制

红石泉矿床是以岩浆气成热液成矿作用占主导地位的复成因型铀矿床。根据热力学原理计算,初始含矿气成热液的pH值为5.29—5.58,Eh值为-0.323—-0.363伏。在初始含矿气成热液中,1g(aUO_2~(2 )/aU~(4 ))为11.46—12.74,mUO_2~(2 )/mU~(4 )为7.58×10~7—9.91×10~9,mUO_2(CO_3)_2~(2-)/∑U为83.4—96.7％,铀主要以UO_2(CO_3)_2~(2-)形式迁移。铀的沉淀是铀酰络离子UO_2(CO_3)_2~(2-)分解和铀酰离子UO_2~(2 )还原沉淀的统一的物理化学过程。压力减小,pH值增加、Eh值降低和铀浓度增大均有利于铀矿化。     

涂铁石英砂去除水中As(Ⅴ)的实验研究

选择来源广泛的石英砂作为负载体,以Fe Cl3为原料,用加热蒸发法合成制备简便且易于过滤的新型材料——涂铁石英砂(IOCS)。合成的IOCS表面的铁氧化物以赤铁矿为主,含铁量为11.73%,比表面积较改性前提高12.2倍。IOCS对As(V)的吸附动力学实验和等温吸附实验结果显示其吸附As(V)平衡时间为80 min,对As(V)的最大吸附量为1.22 mg/g。吸附符合Lagergren准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,是表面吸附和共沉淀并存的过程。当初始As(V)浓度分别为0.1 mg/L、1 mg/L、5 mg/L,IOCS投加量与溶液中As(V)质量比分别为20000∶1和10000∶1时,在p H=6和p H=8.5两种条件下,IOCS对As(V)的平均去除率分别为86.10%和80.39%。     

海带对Pb2+吸附动力学及热力学研究

以海带作为吸附剂,从动力学和热力学角度讨论了海带对水溶液中pb2+的吸附情况以及溶液的pH值对吸附的影响.实验数据利用准一、准二级动力学模型以及Langmuir和Freundlich吸附等温式等进行拟合.实验表明,海带对pb2的吸附反应更符合准二级动力学方程及Langmuir吸附等温线;吸附速率较快,60min内,溶液中pb2+的去除率可达90％.     

天然锰氧化物矿物氧化废水中苯酚的动力学研究

利用天然锰氧化物矿物在酸性条件下的强氧化性,研究其氧化水中苯酚的动力学,模拟锰氧化物矿物氧化苯酚的反应过程。通过测定初始浓度为100~1000 mg/L,pH值为1~2,温度为293~333 K时不同氧化时间锰氧化物矿物对苯酚的氧化结果,比较伪一级和伪二级反应方程的线性拟合情况;结果表明,该反应动力学曲线用伪二级反应模型拟合时相关系数高于用伪一级反应方程线性的拟合,所以这个反应可用来模拟伪二级反应。根据动力学数据得出Arrhenius反应活化能Ea为11.62 kJ/mol,说明温度对该反应影响不显著,且是一个扩散控制反应。     

海洋沉积物中氧化还原敏感元素对水体环境缺氧状况的指示作用

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素在不同氧化还原条件下的富集程度反映海水缺氧程度和底质氧化还原状况的一系列指标,如Re/Mo、Cd/U、Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)值,U—Mo共变模型,δ~(98/95)Mo,多指标微/痕量元素模型以及氧化还原敏感元素-有机质共变模型等。沉积物中Re、Mo含量、Re/Mo值、自生Mo/U值、Th/U值对上层水体缺氧和氧化条件区分良好,可定量指征上层水体的缺氧情况。沉积物中Re含量近似于1 ng/g(地壳值),Mo含量1μg/g(地壳值),Re/Mo值接近0.3×10~(-3),Mo—U富集系数比为(0.1～0.3)×现代海水,Th/U值2,可指示氧化环境;Re含量在10～30 ng/g,Mo含量近似于1μg/g,Re/Mo值10×10~(-3)～30×10~(-3),Mo—U富集系数比1×现代海水,Th/U值在0～2范围内,可指示缺氧环境;Re含量30 ng/g,Mo富集达到20～40μg/g,Re/Mo值接近0.7×10~(-3)(海水中Re/Mo值),Mo—U富集系数比为(3～10)×现代海水,可指示极度缺氧的硫化环境。Mo_(EF)—U_(EF)交会对数坐标图、氧化还原敏感元素-有机质共变模型指标可定性分析上层水体的缺氧情况;V/(V+Ni)值对于次氧化沉积物指示效果不佳;Cd/U值在次缺氧条件下的变化机制复杂,还需进一步研究。生物扰动、成岩作用、人为污染、水体局限、高有机碳通量、Fe、Mn氧化物循环等因素通过影响氧化还原敏感元素在沉积物中的富集与迁移,从而影响氧化还原敏感元素指标的应用,应剔除有机质吸附与陆源输入等非自生部分的影响,结合各种指标互相印证,综合判别水体氧化还原状态。