铜、镉及磷在海洋沉积物上的吸附/解吸行为研究
重金属和营养盐都是海洋环境质量监测的重要内容。海水中的磷是引起水体富营养化、赤潮等的主要营养元素之一，而一些重金属(如铜、镉)如果过量就会对生物体产生毒性效应，并且还会通过它们的富集作用和食物链的传递最终影响人类健康。沉积物/海水界面是各类污染物进行固液两相交换和反应的主要场所，沉积物的自然胶体通过一系列物理化学反应如吸附、络合、共沉淀等，影响着上述污染物的环境行为和赋存形态。作为重金属和磷元素地球化学循环中的一个重要控制环节，重金属(铜、镉)和磷在海洋沉积物上的迁移转化及其交互作用研究具有重要的意义。
本论文以胶州湾、荣成养殖区以及长江口附近海域沉积物为研究对象，运用实验室模拟的方法，探讨了Cu2+、Cd2+、PO43-在沉积物上的吸附/解吸行为及影响因素，并初步考察了Cu2+、Cd2+与PO43-之间的交互作用。主要结论如下：
(1)沉积物的表面酸碱性质实验表明胶州湾两个站点沉积物随pH由3增大到10表面电荷量的代数值由正转负，零净质子电荷点pHPZNPC均在4.0～4.5之间。对高浓度(0～200 mg·L-1)范围Cu2+的吸附行为研究发现：动力学吸附行为与伪二级动力学方程和Elovich方程符合较好，在人工海水(ASW)、稀释人工海水(DASW)、蒸馏水(DW)中的吸附速率依次增大；吸附等温线可用Langmuir方程描述，为自发、吸热、熵增加的过程。饱和吸附量与沉积物组成和表面酸碱性质密切相关，表面位浓度高、零净质子电荷点低的样品饱和吸附量大，不同介质中饱和吸附量顺序为DW<ASW<DASW。
(2)长江口附近海域一个站点的沉积物表面电荷量随介质盐度的降低(从天然海水NSW到1/4NSW)而增加。低浓度范围Cu2+(0～2mg·L-1)、Cd2+(0～1.2 mg·L-1)的动力学吸附/解吸曲线可用伪二级动力学方程、Elovich方程拟合；等温吸附/解吸过程适合用Freundlich方程描述，吸附/解吸能力均随盐度增大而减小，Cu2+吸附能力随温度升高而增大，Cd2+反之，粒径越小吸附能力越强，不同处理方式沉积物对Cd2+的吸附能力H2O处理>H2O2处理>HCl处理。低浓度PO43-(0～1 mg·L-1)的吸附和解吸动力学曲线用Elovich方程、二位一级动力学方程拟合较好；PO43-(0～2 mg·L-1)的吸附/解吸等温线用Langmuir交叉型吸附等温式拟合最佳，PO43-(0～16 mg·L-1)用Langmuir等温式拟合较好，随盐度增大P的吸附量减小，解吸量增大。
(3)对Cu2+、Cd2+和PO43-共存体系的研究发现，吸附动力学过程用伪二级动力学方程、Elovich方程均能较好地描述，Cu2+、Cd2+的添加增大了PO43-在沉积物上的吸附速率和平衡吸附量，PO43-的添加对Cd2+的动力学吸附速率影响不大，但明显增大了Cd2+的平衡吸附量；等温吸附/解吸曲线更适合用Freundlich方程拟合，重金属和磷相互促进吸附，抑制解吸，原因主要与沉积物表面性质改变以及表面复合物形成有关。
(4)东海和荣成养殖区海域沉积物表面电荷量受采样位置、样品组分、粒度及季节变化的影响。用FITEQL程序拟合得到的PZC在6.1左右。所研究样品对PO43-(0～1.6mg·L-1)的吸附曲线用Langmuir交叉型吸附等温式拟合效果较好，临界磷平衡浓度EPC0约在0.04～0.20mg·L-1之间，NAP值(即原先结合在沉积物上，实验条件下可解吸的P的量)在0.001～0.030mg·g-1之间。悬浮物表面电荷量及对PO43-的吸附能力大于沉积物，也拥有较高的EPC0和NAP值。养殖区沉积物表面电荷性质及吸附能力季节变化明显，吸附能力受表面电位、表面电荷及比表面等因素的影响；东海沉积物比表面的差异较大，吸附能力受矿物组成、比表面影响较大。
海洋沉积物;吸附行为;解吸行为;迁移转化;铜;镉;磷
中国海洋大学
硕士
应用化学
曹晓燕
2012
中文
P736.21
84
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）