人工納米粒子在礦物及土壤中轉(zhuǎn)化和吸附行為的研究.pdf

1、納米材料的廣泛使用導(dǎo)致其不可避免地進(jìn)入環(huán)境并對環(huán)境生物造成危害，其在環(huán)境中的物理化學(xué)過程會改變自身理化性質(zhì)，對其毒性和歸趨造成影響。本文以納米ZnO和納米Ag作為研究對象，分別考察了納米 ZnO在不同介質(zhì)中的溶解和轉(zhuǎn)化以及納米Ag在土壤中的吸附行為。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1．納米ZnO溶解性及其轉(zhuǎn)化行為研究。微米和納米粒徑ZnO在不含礦物的水溶液中溶解結(jié)果顯示ZnO的溶解量隨時間的增加而增加，pH5.5條件下ZnO溶解量大

2、于其在pH7.5條件下溶解量；與微米ZnO相比，納米ZnO因粒徑小、比表面積高而更容易發(fā)生溶解；EDTA的加入能夠顯著促進(jìn)ZnO的溶解。納米ZnO在含礦物溶液中溶解結(jié)果顯示溶液中Zn2+含量順序?yàn)槿~蠟石＞針鐵礦＞γ-Al2O3，隨著時間的增加含礦物溶液中Zn2+含量逐漸降低，EDTA的加入顯著增加了溶液中Zn的含量。pH7.5條件下納米ZnO在水溶液中溶解360天（d）后，采集納米ZnO懸液中的固體樣品進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)其主要組分為Z

3、nO和水鋅礦，表明pH7.5條件下ZnO在水溶液中溶解并在一定條件下轉(zhuǎn)化生成水鋅礦。
　　利用 X射線衍射（X-Ray Diffraction，XRD）、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（X-Ray Absorption Fine Structure， EXAFS）和透射電子顯微鏡（ Transmission Electron Microscope，TEM）分析納米ZnO在含礦物溶液中轉(zhuǎn)化及次生礦生成。XRD結(jié)果顯示僅含γ-Al2O3的固體樣品

4、中礦物相發(fā)生變化，含針鐵礦和葉蠟石的固體樣品礦物相無明顯變化。進(jìn)一步通過EXAFS和TEM分析含γ-Al2O3樣品，發(fā)現(xiàn) pH7.5條件下向含γ-Al2O3溶液中加入納米 ZnO24小時后，有 Zn-Al層狀雙氫氧化物（Zn-Al Layered Double Hydroxide,Zn-Al LDH）生成。pH5.5條件下樣品EXAFS結(jié)果顯示納米ZnO加入到含γ-Al2O3溶液中150 d后有Zn-Al LDH沉淀生成，該條件下360

5、 d樣品TEM電鏡圖可見條狀與片狀沉淀物。pH7.5條件下將納米ZnO加入到含有EDTA和γ-Al2O3的溶液中，反應(yīng)150 d后樣品EXAFS圖譜未見Zn-Al LDH特征峰，該條件下360 d樣品TEM和能譜分析發(fā)現(xiàn)存在Zn-Al LDH沉淀，表明EDTA的存在會抑制pH7.5條件下Zn-Al LDH的生成。此外，我們還進(jìn)一步研究了納米ZnO在實(shí)際土壤—紅壤和烏柵土中的溶解轉(zhuǎn)化，并用EXAFS進(jìn)行分子機(jī)制的研究，結(jié)果顯示納米ZnO加

6、入到中性土壤烏柵土中30 d后有Zn-Al LDH生成，而加入到酸性土壤紅壤中150 d后仍無Zn-Al LDH生成。
　　2．絡(luò)合劑EDTA對Zn-Al LDH生成的影響。研究不同pH條件下EDTA對γ-Al2O3吸附Zn2+的影響，結(jié)果顯示pH5.5條件下γ-Al2O3對Zn2+的吸附量低于pH7.5條件下；EDTA的加入增強(qiáng)了pH5.5條件下γ-Al2O3對Zn2+的吸附作用，該條件下Zn2+在γ-Al2O3的吸附量隨 ED

7、TA濃度的增加出現(xiàn)先增加后降低的趨勢，并在0.5 mmol/L EDTA濃度時達(dá)到最大吸附量。pH7.5條件下γ-Al2O3對Zn2+有著強(qiáng)烈的吸附作用， EDTA的加入減弱了γ-Al2O3對Zn2+的吸附作用，Zn2+在γ-Al2O3上的吸附量隨EDTA加入量的增加而降低。對吸附Zn2+的γ-Al2O3進(jìn)行EXAFS分析，結(jié)果顯示僅pH7.5條件下樣品有Zn-Al LDH特征峰出現(xiàn)，含有EDTA的樣品以及pH5.5條件下的樣品中均未出

8、現(xiàn)Zn-Al LDH特征峰，說明pH7.5條件下γ-Al2O3吸附Zn2+后會生成Zn-Al LDH沉淀，EDTA的存在會阻礙Zn-Al LDH沉淀的生成。
　　3．納米Ag在土壤上吸附行為的研究。選取四種不同理化性質(zhì)的土壤，考察土壤pH、有機(jī)質(zhì)和二價陽離子Ca2+對納米Ag在土壤上吸附的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明納米Ag在酸性土壤的吸附量高于中性土壤，當(dāng)土壤酸堿性相似時土壤有機(jī)質(zhì)含量越高納米 Ag在其表面的吸附量越高。納米 Ag在四種土