基于不同方法的腐殖酸与重金属相互作用机理及影响因素研究
重金属与天然有机质(natural organic matter, NOM)广泛共存于天然水体中, NOM含有多种官能团,能与重金属稳定结合,对重金属的环境行为和生态风险产生很大的影响。由于NOM种类、结构和性质的复杂性、来源的多样性,NOM与重金属之间的相互作用存在一些不确定性,近些年来越来越多的方法被应用于研究NOM与重金属之间的相互作用。现有的研究发现NOM与重金属的种类以及溶液环境的pH、离子强度等因素会影响重金属与NOM之间的结合,但是由于两者相互作用的复杂性,对于重金属与NOM间的结合机理和影响因素仍需更多研究。本论文利用不同方法研究了四种重金属Ag、Pb、Cd和Cr与两种腐殖酸( Humic acid, HA)的结合,系统研究了HA与重金属的相互作用机理和影响因素。主要研究结果如下: (1)加入重金属后,HA中H+会被置换出来,使溶液的pH降低。当初始pH为4.0时,加入重金属不会影响溶液的pH;初始pH为5.0和6.0时,加入重金属浓度越高,pH变化越大。从HA的荧光淬灭情况来看,重金属对HA的结合可分为三个阶段,其中前两阶段的荧光淬灭符合Stern-Volmer模型,可用结合常数Ksv描述,第I阶段的Ksv高于第II阶段。从HA的zeta电位和水力学半径变化来看,随着重金属的加入,两者先是不产生明显变化,之后随着重金属浓度的逐渐升高,HA的zeta电位逐渐升高,水力学半径变大( Cr例外,Cr的加入引起HAzeta电位由负变正,水力学半径先变大后变小)。比较四种重金属对HA的沉淀量,发现随着重金属浓度的增加,HA沉淀也分为三个阶段,先是不产生沉淀,之后沉淀量迅速上升,最后趋于平衡。HA与重金属的相互作用主要包括与官能团结合和通过静电吸附作用结合两种,当加入重金属浓度较低时,HA与重金属主要通过官能团发生相互作用,而当加入的重金属浓度超过一定值后,HA中的官能团全部被结合,重金属开始通过静电吸附作用与HA结合。 (2)pH对HA与重金属相互作用的影响很大。随pH升高,HA与重金属的结合能力明显增强,这主要是因为高pH条件下,H+更容易从HA中解离出来,与金属离子的竞争作用较弱,而且在高pH条件下,HA的zeta电位更低,负电性更强,更容易与重金属通过静电吸附作用结合。 (3)两种HA相比,购自巨枫的HA对重金属的吸附常数明显高于购自Aldrich的HA,这主要是因为巨枫HA中官能团含量较高,负电性也较强,更容易通过官能团结合及静电吸附的作用与重金属相互作用,但HA性质对重金属与HA结合的影响明显小于pH的影响。 (4)四种重金属相比,吸附常数的顺序为Cr>Pb>Cd>Ag,这种区别主要是由于重金属的价态不同引起的,而Pb和Cd之间的差异主要是由电负性及竞争吸附能力不同引起的。
腐殖酸;重金属污染;相互作用;天然水体
中国海洋大学
硕士
环境科学
王震宇
2014
中文
X52
68
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）