（环境工程专业论文）锌镉、腐殖酸与伊利石的相互作用研究.pdf

原创性声明 坩 iy 17 9 14 1 1 本 郑重声明：所星翅挣荆撒是本人懒的指导下，独立蝴 究所取得韵成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任伺其他个人 或集体已鲻妨妇媸墼测韵科燃。对本文l 抑腓出重要两渐 、和集 体均已舀文中以明魄方式标明。本声明州蟛虢由= 巷人承担。 ：；监：e l 觌立丝塑乡 关于学位论文使用授权的声明 本 糊解山东超辫粼留、使用学位i 忿瑚僦同棼黼留或 向匡菊自关部门或桃i 勾i 翅勘留啪复日蝌和电羽扳，怠钎够硗锄和借阅： 本 授权山东婀仑懒本学位舣的氢瓣曼部分内容编确移镁踬擗矬 亍检 索，可仑睬用影印、缩印弱鞠撼怦段椠箭倒研吼孺本学囱蚊。 做作眷碰导师签名毯金日舰壶丝主2 山东大学硕士学位论文 目录 摘 要1 l 】8 i s t r a c t 3 第一章引言5 1 1 本文的研究目的和意义5 1 2 本文所要解决的关键问题及主要研究内容。6 第二章文献综述8 2 1 重金属的处理方法8 2 2 腐殖酸与重金属吸附作用的研究1 0 2 3 粘土颗粒物与重金属相互作用的研究1 1 2 4 腐殖酸与粘土颗粒物的相互作用研究1 2 2 5 竞争吸附作用的研究1 3 2 6 重金属离子、腐殖酸与粘土颗粒物的相互作用的研究1 4 2 7 存在问题及展望l5 第三章实验材料及方法1 7 3 1 实验仪器1 7 3 2 伊利石的性质1 7 3 3 腐殖酸的性质1 8 3 3 1 总酸性基。1 9 3 3 2 羧基1 9 3 3 3 酚羟基2 0 3 4 锌镉的测定方法2 0 3 5 吸附量及解吸量的计算2 0 3 5 1 吸附量计算2 1 3 5 2 解吸量的计算2 l 3 6 吸附动力学2 l 3 7 吸附活化状态函数2 2 3 8 吸附等温线2 2 山东大学硕士学位论文 3 9 热力学参数的计算2 3 第四章锌( ) 镉( ) 与腐殖酸的相互作用研究2 4 4 1 时间对相互作用的影响2 4 4 2p h 对相互作用的影响2 5 4 3 温度对相互作用的影响2 5 4 4 吸附动力学2 6 4 5 吸附活化状态函数。2 7 4 6 吸附等温线一2 7 4 7 热力学研究2 8 4 8z n 2 + 、c d 2 + 的解吸2 9 4 9 j 、结3 0 第五章锌( ) 镉( ) 与伊利石的相互作用研究3 2 5 1 时间对相互作用的影响3 2 5 2p h 对z n 2 + 、c d 2 十在伊利石上的相互作用的影响3 3 5 3 温度对z n ”、c d 2 + 在伊利石上的相互作用的影响3 3 5 4 z n 2 + 、c d 2 + 在伊利石上的吸附动力学3 4 5 5 吸附活化状态函数3 5 5 6 吸附等温线。3 5 5 7 热力学研究3 6 5 8z n 2 + 、c d 2 十的解吸3 7 5 9d 、结3 8 第六章腐殖酸与伊利石的相互作用研究3 9 6 1 时间对相互作用的影响。3 9 6 2p h 对腐殖酸在伊利石上的相互作用的影响4 0 6 3 温度对腐殖酸在伊利石上的相互作用的影响。4 0 6 4 腐殖酸在伊利石上的吸附动力学4 l 6 5 吸附活化状态函数。4 2 6 6 吸附等温线4 2 6 7 热力学研究4 3 6 8 腐殖酸的解吸4 4 i i 山东大学硕士学位论文 6 9 ，j 、结4 5 第七章锌( i i ) 镉( i i ) 的竞争吸附作用研究4 6 7 1z n 2 + 、c d 2 + 在腐殖酸上的吸附与竞争吸附4 6 7 2z n 2 + 、c d 2 + 在伊利石上的吸附与竞争吸附4 7 7 3 小结4 8 第八章锌( ) 镉( i i ) ，腐殖酸与伊利石的相互作用研究。4 9 8 1 可溶性腐殖酸对z n 2 + 、c d 2 + 在伊利石上的吸附作用的影响4 9 8 2 可溶性盐对腐殖酸在伊利石上的吸附作用的影响5 0 8 3 小结51 第九章结论与展望5 2 9 1 结论5 2 9 2 研究展望5 3 参考文献：5 5 攻读硕士学位期间已发表和接收的论文5 9 翌| 谢6 0 i i i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t co n t e n t s c h a p t e ri i n t r o d u c t i o n 5 1 it h em e a n i n ga n dp u r p o s eo f t h es t u d y 5 1 2t h ek e yi s s u e sa n dm a i nc o n t e n t s 6 c h a p t e ri i l i t e r a t u r er e v i e w 2 1t r e a t m e n tw a y so f h e a v ym e t a l s 8 2 2i n t e r a c t i o no f h u m i ca c i da n d h e a v ym e t a l s 1 0 2 3i n t e r a c t i o no f c l a yp a r t i c l e sa n dh e a v ym e t a l s 1 1 2 4i n t e r a c t i o no f h u m i ca c i da n dc l a yp a r t i c l e si ”1 2 2 5c o m p e t i t i v ea d s o r p t i o n 1 3 2 6i n t e r a c t i o no f h e a v ym e t a li o n s h u m i ca c i da n dc l a yp a r t i c l e s 1 4 2 7p r o b l e m sa n d p r o s p e c t s 。1 5 c h a p t e r e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l sa n dm e t h o d s i v ”1 7 峥 3 1t h ee x p e r i m e n t a la p p a r a t u s 1 7 3 2t h ec h a r a c t e ro fi l l i t e 1 7 3 3t h ec h a r a c t e ro f h u m i ca c i d 1 8 3 3 1t h et o t a la c i d i c 1 9 - 3 3 2c a r b o x y l 1 9 3 3 3p h e n o l i ch y d r o x y l 2 0 3 4d e t e r m i n a t i o no f z i n ca n dc a d 【m i u m 2 0 3 5c a l c u l a t i o no f a d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o nc a p a c i t i e s 2 0 3 5 1c a l c u l a t i o no f a d s o r p t i o nc a p a c i t y 2 1 3 5 2c a l c u l a t i o no f d e s o r p t i o nc a p a c i t y 2 1 3 6a d s o r p t i o nk i n e t i c s 2 1 3 7a c t i v a t i o nf u n c t i o no fa d s o r p t i o n 2 2 3 8a d s o r p t i o ni s o t h e r m 2 2 3 9c a l c u l a t i o no ft h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r s 2 3 山东大学硕士学位论文 c h a p t e r i vi n t e r a c t i o no fz i n c ( 1 1 ) c a d m i u m ( i i ) a n dh u m i ca c i d 2 4 4 1 t h ee f f e c to f c o n t a c tt i m eo nt h ei n t e r a c t i o n 2 4 4 2 t h ee f f e c to f p ho nt h ei n t e r a c t i o n 2 5 4 3t h ee f f e c to f t e m p e r a t u r eo nt h ei n t e r a c t i o n 2 5 4 4a d s o r p t i o nk i n e t i c s 2 6 4 5a c t i v a t i o nf u n c t i o no fa d s o r p t i o n 2 7 4 6a d s o r p t i o ni s o t h e r m 2 7 4 7t h e r m o d y n a m i c s 2 8 4 8d e s o r p t i o no fz n ：+ c d 2 + 2 9 4 9s u m m a r y ”3 0 c h a p t e rv i n t e r a c t i o no fc a d m i u m ( i i ) ，z i n c ( ) a n dl l l i t e 3 2 5 1t h ee f f e c to f c o n t a c tt i m eo nt h ei n t e r a c t i o no f 3 2 5 2t h ee f f e c to f p ho nt h ei n t e r a c t i o n 3 3 5 3t h ee f f e c to f t e m p e r a t u r eo nt h ei n t e r a c t i o n 3 3 5 4a d s o r p t i o nk i n e t i c s 3 4 5 5a c t i v a t i o nf u n c t i o no fa d s o r p t i o n 3 5 5 6a d s o r p t i o ni s o t h e r m 3 5 5 7t h e r m o d y n a m i c s 3 6 5 8d e s o r p t i o no f z n 2 + c d + 3 7 5 9s u m m a r y 3 8 c h a p t e r v ii n t e r a c t i o no fh u m i ca c i da n di l l i t e 3 9 6 1t h ee f f e c to f c o n t a c tt i m eo i lt h ei n t e r a c t i o n 3 9 6 2t h ee f f e c to f p ho nt h ei n t e r a c t i o n 4 0 6 3t h ee f f e c to f t e m p e r a t u r eo nt h ei n t e r a c t i o n 4 0 6 4a d s o r p t i o nk i n e t i c s 4 1 6 5a c t i v a t i o nf u n c t i o no fa d s o r p t i o n 4 2 6 6a d s o r p t i o ni s o t h e r m 4 2 6 7t h e r m o d y n a m i c s 4 3 6 8d e s o r p t i o no f h u m i ca c i d 4 4 6 9s u m m a r y 4 5 v v i 山东大学硕士学位论文 锌( i i ) 镉( i i ) 、腐殖酸与伊利石的相互作用研究 摘要 本论文在综合国内外大量相关文献的基础上，对锌镉离子、腐殖酸与伊利石 之间的相互作用进行了研究。同时对各种条件下各体系的吸附动力学、热力学及 解吸特征，金属离子迁移转化规律等问题进行了较为系统的探讨。主要研究内容 及结论如下： 1 、锌镉离子与腐殖酸的相互作用受到作用时间、p h 、温度等因素的影响， 锌镉离子在腐殖酸上的吸附量随时间延长而增大，随p h 值上升而增大，随着温 度的升高而增加。锌镉离子在腐殖酸上的吸附符合伪二级吸附动力学模型。计算 得到z n 2 + 和c d 2 + 在伊利石上吸附的邑分别为2 4 8 9 和3 4 5 5k j m o l 。表明吸附 过程以物理吸附为主。金属离子在腐殖酸上的吸附等温线符合l a n g m u i r 模型， 热力学研究表明，厶g o o ，s o 0 ，说明金属离子在腐殖酸上的吸附 过程是自发、吸热、熵驱动的过程。吸附有z n 2 + 、c d 2 + 的腐殖酸在水、h c i 、 n a o h 和n a c i 中的解吸量的关系是：h c i n a o h n a c i 水。 2 、锌镉离子与伊利石的相互作用受到作用时间、p h 、温度等因素的影响， 锌镉离子在伊利石上的吸附量随时间延长而增大，随p h 值上升而增大，随着温 度的升高而减小。吸附动力学实验表明z n 2 + 、c d 2 + 在伊利石上的吸附符合伪二 级吸附速率模型。计算得至l j z n 2 + 和c d 2 + 在伊利石上吸附的扇分别为4 1 0 4 和3 9 1 5 k j m o l ，表明吸附过程以物理吸附为主。金属离子在伊利石上的吸附等温线符合 l a n g m u i r 模型。热力学研究表明，g o n a c l n a o h h 2 0 。 3 、腐殖酸与伊利石的相互作用受到作用时间、p h 、温度等因素的影响， 腐殖酸在伊利石上的t o c 吸附量随时间延长而增大，随p h 值上升而增大，随 着温度的升高而减小。腐殖酸在伊利石上的吸附符合伪二级吸附动力学模型。计 算得到腐殖酸在伊利石上吸附的丘为1 5 7 4e l m o l ，表明吸附过程以物理吸附为 山东大学硕士学位论文 主。腐殖酸在伊利石上的吸附的回归结果表明l a n g m u i r 等温方程线性较好。热 力学研究表明，g 0 n a c i h c l 水。 。 4 、当金属离子共存时，离子之间存在竞争，共同竞争吸附点位，从而对离子 各自的吸附量产生影响。腐殖酸为吸附剂时，单组分吸附能力次序：c d 2 + z n 2 + ， 伊利石为吸附剂时，单组分吸附能力次序：z n 2 + c a 2 + ，在竞争吸附时吸附量次序 和单组分具有相同的规律。这两种离子中，镉与腐殖酸的亲和力较大，而锌与伊 利石的亲和力较大。 5 、腐殖酸的存在使z n 2 + 、c a 2 + 在伊利石上的吸附量增加，腐殖酸的浓度越 - 高，金属离子的吸附量增加越多。m g s 0 4 和n a c i 两种盐的存在使腐殖酸在伊利 石上的吸附量增加，m g s 0 4 的影响较n a c l 大很多。 关键词：锌，镉，腐殖酸，吸附，解吸 2 山东大学硕士学位论文 t h ei n t e r a c t i o no fz i n c ( i ) ，c a d m i u m ( i i ) ，h u m i c a c i da n di l l i t e a b s t r a c t t h ei n t e r a c t i o no fz i n c ，c a d m i u m ，h u m i ca c i da n di l l i t ew a ss t u d i e di nt h i sp a p e r m e a n w h i l e ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fa d s o r p t i o nk i n e t i c s ，t h e r m o d y n a m i c s ，d e s o r p t i o n ，a n d t h em o v ea n dt r a n s f o r m a t i o no fm e t a li r o n si nc o m p l i c a t e dc o n d i t i o n sw e r e i n v e s t i g a t e d t h em a i nr e s e a r c ha n d c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 i n t e r a c t i o no fz i n c ( i i ) ，c a d m i u m ( i i ) a n dh u m i ca c i dw a ss t u d i e d t h ee f f e c t s o fc o n t a c tt i m e ，i n i t i a lp h ，a n dt e m p e r a t u r ew e r ed e t e r m i n e d t h ea d s o r p t i o n c a p a c i t i e so fz i n c ，c a d m i u mi n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gc o n t a c tt i m e ，i n c r e a s i n gi n i t i a l p ha n di n c r e a s i n gt e m p e r a t u r e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea d s o r p t i o np r o c e s so fz i n c ， c a d m i u mo nh u m i ca c i df o l l o w e dt h ep s e u d os e c o n d o r d e re q u a t i o n t h ea c t i v a t i o n e n e r g yo f z n 2 + a n dc d 2 + o nh u m i ca c i dc a l c u l a t e dw e r e2 4 8 9k j m o la n d 3 4 5 5 k j m o l ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h ea d s o r p t i o np r o c e s sb e l o n g st op h y s i c sa d s o r p t i o n t h ea d s o r p t i o np r o c e s sf o l l o w e dt h el a n g m u i ri s o t h e r m 停、擎a n d 0 c a l c u l a t e ds h o w e dt h a tt h ea d s o r p t i o n so fm e t a li o n so nh u m i ca c i dw e r es p o n t a n e o u s ， e n d o t h e r m i c a n de n t r o p yi n c r e a s i n g t h ed e s o r p t i o nc a p a c i t i e so fz n 2 + a n dc d 2 + a d s o r b e db yh u m i ca c i di nd i f f e r e n ts o l u t i o n sw e r eh c i n a o h n a c l h 2 0 2 i n t e r a c t i o no fz i n c ( i i ) ，c a d m i u m ( i i ) a n di l l i t ew a ss t u d i e d t h ee f f e c t so f c o n t a c tt i m e ，i n i t i a lp h ，a n dt e m p e r a t u r ew e r ed e t e r m i n e d t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t i e s o fz i n c ，c a d m i u mi n c r e a s e dw i mi n c r e a s i n gc o n t a c tt i m e ，i n c r e a s i n gi n i t i a lp hw h i l e d e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gt e m p e r a t u r e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea d s o r p t i o np r o c e s s o fz i n c ，c a d m i u mo ni l l i t ef o l l o w e dt h ep s e u d os e c o n d o r d e re q u a t i o n t h ea c t i v a t i o n e n e r g yo fz n 2 + a n dc d 2 + o ni l l i t ec a l c u l a t e dw e r e4 1 0 4k j m o la n d3 9 15k j m 0 1 w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h ea d s o r p t i o np r o c e s sb e l o n g st op h y s i c sa d s o r p t i o n t h e a d s o r p t i o np r o c e s sf o l l o w e dt h el a n g m u i ri s o t h e r m a 停、a n da 毋c a l c u l a t e d s h o w e dt h a tt h ea d s o r p t i o n so fm e t a li o n so ni l l i t ew e r es p o n t a n e o u s ，e x o t h e r m i ca n d 3 a d s o r p t i o nc a p a c i t i e sw a s z n 2 + c d + w h e n t h ea d s o r b e n tw a si l l i t e t h ea p p e t e n c yo f c d + a n dh u m i ca c i dw a ss t r o n g e rt h a nz n 2 + ，w h i l et h ea p p e t e n c yo fz n 2 + a n di l l i t ew a s s t r o n g e rt h a nc d 2 + 5 t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t i e so fz i n c ，c a d m i u mo ni l l i t ew a si n c r e a s e dw i t ht h e e x i s t e n c eo fh u m i ca c i d , a n di n c r e a s e dm o r ew i t hi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fh u m i c a c i d t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo fh u m i ca c i do ni l l i t ew a si n c r e a s e dw i t ht h ee x i s t e n c e o fm g s 0 4o rn a c l ，w h i l ei n f l u e n c eo fm g s 0 4w a sm o r et h a nn a c i k e yw o r d s ：z i n c ，c a d m i u m ，h u m i ca c i d , i l l i t e ，a d s o r p t i o n ，d e s o r p t i o n 4 山东大学硕士学位论文 第一章 引言 1 1 本文的研究目的和意义 随着我国经济的迅速发展，对水质的要求越来越高。但由于受水土流失、环 境污染等因素的影响，地表水成分逐渐趋于复杂，有机成分的增多，金属离子含 量的增加，有机成分、金属离子和地表水中的颗粒物质之间相互作用，改变了金 属离子的存在形态及迁移转化规律。因此，综合研究地表水中各成分的相互作用 特征和变化规律，对于控制水体中污染物质的迁移和转化具有十分重要的意义。 天然水体中存在着大量的金属元素、天然有机物和粘土矿物等悬浮颗粒物， 水体的重金属污染来源主有：采矿、选矿、冶炼、化工、电镀、电子和制革等工 业产生的含重金属废水，以及污灌、农药、化肥、垃圾、粉煤灰和城市污泥的不 合理施用。进入环境的重金属不能被微生物分解，易在土壤中富集和积累，进而 破坏生态环境并最终通过接触、食物链等途径直接或间接地危害人类的健康。长 期以来，有关重金属污染物在环境中的迁移动态、形态转化和生态效应一直是国 际环境科学领域的研究热点。研究表明，水体中的金属元素在整个水环境中具有 十分重要的作用，它们有些是生命体不可缺少的元素，如铁、锌等，浓度过高也 会引起污染，还有些又存在一定的毒性，如镉、铬、铅、镍、钴、锡等，其中最 引起人们重视的是镉、铅、铬等，其毒性取决于金属离子的特性、浓度及存在形 式。金属离子在水中有多种形态，其可以以“离子 ( “水合离子 ) 存在，也 可以与有机或无机配位体结合，或与有机或无机粒子结合。金属元素的存在形式 结金属离子的生物活性和迁移转化规律有重要的影响。另一方面，天然有机物包 括各种含大量亲水官能团的化合物，其主要组成可分不腐殖质和非腐殖质两部 分。腐殖质包含土壤浸析和从植物分解产生的水生有机物质腐殖酸和富里酸 等，非腐殖质包括亲水酸类、蛋白质、氨基酸、糖类等。腐殖酸是天然有机质的 主要组成部分，其比表面积大，结构复杂，含有羧基、羟基和氨基等多种活性基 团，具有很高的反应活性，因而可以作为天然配位体或吸附载体，通过离子交换、 吸附、络合、螯合、氧化还原等一系列作用，与水环境中的金属离子发生反应， 5 山东大学硕士学位论文 成为环境中金属离子的接纳库和提供源，对于金属离子的存在形态、在环境中的 迁移、转化和生物效应起着十分重要的调控作用。再者，对于地表水而言，水体 中含有大量的粘土矿物，它是天然水体中具有显著胶体化学特征的微粒。粘土矿 物可分为三大类，即高岭石类( 由一层硅氧片和一层水铝片组成，属l ：1 两层型 粘土矿物) ：蒙脱石类( 由两层硅氧片和一层水铝片结合而成一晶层，2 ：1 z 层 型粘土矿物) ；伊利石类( 2 ：l 型粘土矿物) 。这些粘土颗粒物因为其具有特殊 的结构和可变的表面电荷可以吸附金属离子，而且可溶性有机物可以通过包裹颗 粒物而改变颗粒的吸附性能，故水中颗粒物质对金属离子和有机化合物的迁移和 最终归宿也具有重大影响。因此，随着对水域生态环境保护重要性认识的日益深 化，有必要结地表水中金属离子、可溶性有机物及水体中颗粒物质的相互作用特 征及金属离子的迁移转化规律开展深入研究。 本研究的目的是针对金属离子一天然水体中可溶性有机物一一粘土颗粒物 三重物质体系，选取与环境密切相关的金属离子，水体中可溶性有机物以及颗粒 物的代表作为研究对象，研究可溶性腐殖酸、锌镉离子与伊利石之间的相互作用 以及该体系中锌镉离子的迁移转化规律。主要研究在不同p h 值、水体温度和水中 离子强度等条件下，三重体系中两组分、三组分之间的相互作用及对锌镉离子的 形态的影响；通过金属离子吸附动力学、热力学，解吸特征的研究，进而研究其 迁移转化和对环境的影响。为天然水体中的生态恢复和水污染的控制和预防提供 理论依据，因此该研究具有十分重要的理论意义和现实意义。 1 2 本文所要解决的关键问题及主要研究内容 本文研究了天然水体中锌镉离子、可溶性腐殖酸及伊利石之间的相互作用， 该作用对金属离子的存在形态的影响，以及各种条件下各体系的吸附动力学、热 力学及解吸特征，探讨了金属离子迁移转化规律。本论文的研究内容如下： 【l 】锌镉与腐殖酸的相互作用研究 【2 】锌镉与伊利石的相互作用研究 【3 】腐殖酸与伊利石相r 瓦作用研究 1 4 1 锌镉的竞争吸附作用研究 【5 】锌镉，腐殖酸与伊利石的相互作用研究 6 山东大学硕士学位论文 日前大部分研究都是二元体系的研究，本文主要创新之处在于在二元体系相 互作用的基础上研究了三种物质的相互作用特征，为天然水体中的生态恢复和水 污染的控制和预防提供理论依据。 7 山东大学硕士学位论文 第二章文献综述 目前，针对重金属离子、可溶性有机物及粘土矿物的研究，国内外学者主要 集中在二元物质体系相互作用研究，即金属离子可溶性有机物，金属离子粘土 颗粒物质，可溶性有机物粘土颗粒物质之间的相互作用，三元体系的研究较少。 2 1 重金属的处理方法 水体中的重金属离子主要来自矿山坑道排水、废石场淋滤水、选矿场尾矿排 水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗废水、电镀厂电镀废水、钢 铁厂酸洗排水及电解、农药、医药、油漆、染料等各种工业所排放的废水。随着 工业生产的发展，重金属污染物向环境的排放量日趋增加，造成水体受到不同程 度的污染，过量的重金属离子如铜、锌、镉等对生物体具有毒性。人们利用重金 属污染的水体灌溉农田，造成土坡的重金属污染，而进入土壤中的重金属不易降 解，迁移能力差，容易在土壤中积累和在作物体内残留，最终通过食物链进入人 体并在体内蓄积，构成对人体的潜在危害【1 1 。锌含量在生物体内积累值超过阈限 时，都将危害或影响生物正常的生命活动【2 1 ，人体吸入过量的锌会造成急性肠胃 炎症状，出现锌顽固性贫血，食欲下降，还伴有血清脂肪酶及淀粉酶增高。人体 长期过量摄取含锌食物，会影响胆固醇代谢，形成高胆固醇血症，导致动脉粥样 硬化、高血压、冠心病等镉是一种典型的环境重金属污染物，在环境中化学毒 性较强，在多数情况下与锌相伴而生，呈复合污染特征，毒性增加【3 l ，容易迁移 进入食物链而危害人类将康，镉的迁移极少部分通过污染空气进入人体，主要通 过水、土壤、植物而进入食物链。 重金属种类不同，在溶液中存在的形态各异，因而处理方法也不一样，常用 的处理方法分两类：传统的重金属废水处理方法有化学法、化学沉淀法、电化学 法、离子交换法等；第二类是使废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进 行浓缩和分离，具体方法有反渗透法、电渗析法、蒸发浓缩法等。通常多采用第 一类方法，第二类方法只有在特殊情况下采用。 低浓度的重金属离子，尤其大量排放物中的痕量重金属离子无法用传统的化 山东大学硕士学位论文 学沉降法、反渗透法、离子交换树脂法去除。这是废水处理的一大难题，吸附法 是解决这个问题的有效方法之一。吸附剂的共同特点是内部微孔丰富，比表面积 巨大。用吸附剂处理污、废水时，部分重金属离子迅速在吸附剂表面被活性位点 吸附，部分进入微孔，被吸附剂内表面活性位点吸附外表面与部分微孔的吸附 活性位点会在短时间内饱和，游离金属离子需进入微孔更深处被吸附，但由于表 面吸附的金属离子产生的斥力增强，游离金属离子进入微孔内部的阻力增加。因 此要达到完全的吸附饱和需要的时间比较长。 物理吸附是通过吸附剂与吸附质分子之间的引力( 范德华力) 而产生吸附。由 于分子引力普遍存在于吸附剂与吸附质之间，故物理吸附无选择性。此外，物理 吸附的吸附速度和解吸速度都较快，易达到平衡状态。一般在低温下进行的吸附 主要是物理吸附。 化学吸附是通过吸附剂与吸附质之间生成化学键，产生了化学作用而引起的， 吸附。由于生成化学键，所以化学吸附是有选择性的，且吸附与解吸都不很容易， 达到平衡慢。化学吸附放出的热很大，与化学反应相近。化学吸附速度随温度升 高而增加，故化学吸附常在较高的温度下进行。 离子交换吸附，是指吸附剂通过表面带电点的静电引力吸附相应的吸附质离 子，又称为吸着。这种吸附兼有吸收作用。在吸附过程中，伴随着等质量浓度的 离子交换。对一浓度相同的吸附质而言，其带的电荷越多，吸附就越强；对电荷 相同的离子而言，水化半径越小，越能紧密地接近吸附点，越有利于吸附。 生物吸附法是通过投加生物吸附剂去除水体重金属的处理方法。生物吸附剂 是具有从重金属废水中吸附分离重金属能力的生物体及其衍生物，主要是来自发 酵工艺的含菌残、废液，其中有有机物和细菌、霉菌、酵母菌、藻类等对重金属 离子有耐受性的微生物。生物吸附剂来源广泛、选择性高、吸附速度快、吸附量 大、吸附去除率高、易回收、节能、成本低廉，适用于处理低浓度重金属废水。 特别是，如果以活体生物为吸附剂，则除了具有生物吸附剂的共同特点外，生物 细胞还可吸收重金属并浓缩之，即兼具了生物积累特性。 9 山东大学硕士学位论文 2 2 腐殖酸与重金属吸附作用的研究 就天然水体中金属离子与可溶性有机物相互作用研究方面，国外学者主要研 究的是受污染较少的天然湖泊中的可溶性天然有机物。大量研究指出二者的相互 作用受金属离子总量、p h 、盐浓度以及其它竞争离子总量的影响。 腐殖酸与进入环境中的金属离子会发生各种作用，形成各种络合物和螯合 物。一般来说，腐殖酸与重金属之间的相互作用有三种可能途径：通过在一个羧 基功能团和石碳酸氢氧基功能团之间的螯合作用；在两个羧基功能团之间的螯合 作用；与羧基功能团的络合【4 】。在金属有机化学中，存在着两种不同的键合性质。 一种是静电键或离子键，键能较弱。远程的静电引力，使金属阳离子和配体阴离 子能够接近到临界距离，但两者之间被水分子隔开而不能直接接触。这种络合称 为外圈络合。另一种主要由金属离子与提供电子的配体之间的共价键而形成，两 者直接接触，键能较强，这是真正意义上的络合物，或称内圈络合物。在实际的 络合物中，两种键型是同时存在的。般认为重金属的可溶性、生物可利用性和 毒性依赖于各种各样的物理化学参数，例j t l p h 、硬度、交互作用和自然有机质的 存在。腐殖酸与重金属之间的相互作用会受到各种物理化学条件的影响。 王丹丽等【5 】对腐殖质与重金属离子进行了吸附试验，结果表明，腐殖质对重 金属离子具有强烈的吸附作用，腐殖质对c u 2 十、z n 2 + 、c d 2 + 的吸附边界p h 值分别 为4 12 、5 18 和7 12 ，吸附率可达9 5 以上；对p b 2 + 的吸附作用更加强烈， 在p h 值为3 1 5 时吸附率就达到9 5 以上， 腐殖质对4 种重金属离子的吸附能力 由强到弱的顺序