土壤腐殖酸對(duì)不同介質(zhì)中釩的吸附-解吸研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)快速增長，環(huán)境污染呈現(xiàn)出種類多、數(shù)量大、波及范圍廣等特點(diǎn)。釩在自然界分布很廣，常伴生在鈦磁鐵礦、風(fēng)化堆積殘留礦、含釩鐵礦、含釩磷礦等礦床中，20世紀(jì)80年代末，釩被列為環(huán)境危險(xiǎn)元素，探討釩污染的去除十分必要。腐殖酸是自然界天然高分子聚合物，具有有機(jī)分子的活性、結(jié)合金屬離子的性能，能與重金屬形成穩(wěn)定的絡(luò)合體，腐殖酸分子表面具有孔狀結(jié)構(gòu)，可提供良好的吸附表面，是良好的吸附載體。
　　本文采用購買的腐殖酸物質(zhì)HA(A)與采用

2、國際腐殖酸協(xié)會(huì)推薦的方法從紅壤中提取腐殖酸HA(B)作為吸附劑，探討兩種不同來源的HA對(duì)不同介質(zhì)中釩的吸附-解吸行為。本文采用批次實(shí)驗(yàn)法，研究了HA濃度、釩離子濃度、時(shí)間、溫度、溶液pH、離子強(qiáng)度、電解質(zhì)以及共存離子等對(duì)腐殖酸吸附、解吸不同介質(zhì)中五價(jià)釩的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1、吸附劑對(duì)釩的吸附研究，得到以下結(jié)論:
　　(1)當(dāng)釩溶液濃度為90.09 mg·L-1時(shí)，隨著水溶液中HA(A)和HA(B)濃度的增加，吸附

3、劑HA(A)和HA(B)對(duì)釩的吸附量均呈現(xiàn)先增加后減小的規(guī)律;HA(A)的濃度為30mg/27.5 mL，即1.09 g·L-1，HA(B)濃度為20 mg/27.5 mL，即0.727 g·L-1時(shí)，二者對(duì)釩的吸附量達(dá)到最大值，分別為47.58 mg·g-1和21.49 mg·g-1，吸附率逐漸增加。當(dāng)釩溶液濃度為8.36 mg·L-1時(shí)，隨著HA(A)和HA(B)濃度的增加，HA(A)+SiO2共存體系以及HA(B)+SiO2共存體

4、系對(duì)釩的吸附量和吸附率均逐漸增加并達(dá)到吸附平衡。
　　(2)隨著釩溶液濃度的增加，各吸附劑HA(A)、HA(B)、SiO2、HA(A)+SiO2共存體系以及HA(B)+SiO2共存體系的吸附量逐漸增加并趨于平衡，吸附率逐漸減小;Langmuir模型能較好地表征各吸附過程，而僅HA(B)+SiO2共存體系對(duì)釩的吸附過程符合Freundlich模型。
　　(3)隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，釩溶液濃度為90.09 mg·L-1時(shí)，HA(A

5、)和HA(B)對(duì)釩的吸附量和吸附率逐漸增加至平衡;SiO2、HA(A)+SiO2共存體系以及HA(B)+SiO2共存體系對(duì)高濃度和低濃度釩的吸附量和吸附率逐漸增加至平衡;擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能較好地表征HA(A)對(duì)釩的吸附過程，即吸附過程主要受化學(xué)吸附機(jī)理控制，擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能較好地表征SiO2對(duì)釩的吸附過程，即吸附過程主要受擴(kuò)散步驟和化學(xué)吸附機(jī)理控制，擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)和雙常數(shù)模型能較好地表征HA(B)、HA(B)+SiO2共存

6、體系對(duì)釩的吸附過程，即吸附過程主要受反應(yīng)速率和擴(kuò)散步驟綜合控制;擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能較好地表征HA(A)+SiO2共存體系對(duì)釩的吸附過程，即吸附過程主要受擴(kuò)散反應(yīng)的影響。
　　(4)隨著溶液pH的增加，釩溶液濃度為90.09 mg·L-1時(shí)，HA(A)和HA(B)對(duì)釩的吸附量均逐漸減少;SiO2、HA(B)+SiO2共存體系對(duì)高濃度和低濃度釩的吸附量均逐漸減少;HA(A)+SiO2共存體系對(duì)高濃度和低濃度釩的吸附率先減少后增加，即在

7、酸性和堿性條件下，HA(A)+SiO2共存體系對(duì)釩的吸附效果更佳。
　　(5)隨著溫度的增加，釩溶液濃度為90.09 mg·L-1時(shí)，HA(A)對(duì)釩的吸附量逐漸減少，HA(B)對(duì)釩的吸附量沒有顯著性差異;HA(A)+SiO2共存體系對(duì)高濃度和低濃度釩的吸附量逐漸減少;HA(B)+SiO2共存體系對(duì)高濃度和低濃度釩的吸附量沒有顯著性差異;溫度過低或過高，都不利于SiO2對(duì)高濃度和低濃度釩的吸附。
　　(6)濃度為0.005 m

8、ol·L-1的NaNO3、Na2CO3和Na2SO4等電解質(zhì)對(duì)吸附過程沒有顯著影響。
　　(7)共存離子(Fe2+、Al3+、K+、SO42-、CO32-和Cl-)對(duì)HA(A)和SiO2吸附釩的效果均有影響。
　　(8)通過對(duì)水溶液中釩吸附前后的HA的紅外光譜譜圖可看出，吸附釩后的HA(A)和HA(B)主要官能團(tuán)均發(fā)生了變化，羥基、甲基、碳氧鍵和硅氧鍵等官能團(tuán)參與了吸附過程，說明在水溶液中HA(A)和HA(B)對(duì)釩的吸附均主

9、要為化學(xué)吸附。
　　2、對(duì)HA(B)、SiO2以及HA(B)和SiO2共存體系高濃度吸附態(tài)釩的解吸研究，得出以下結(jié)論:
　　(1)HA(B)濃度為0.364 g·L-1時(shí)，HA(B)吸附態(tài)釩解吸量最大為2.601 mg·g-1，解吸率隨HA(B)濃度的增加逐漸減少直至平衡。解吸率為7.97％。
　　(2)隨著釩溶液濃度的增加，吸附態(tài)釩的解吸量逐漸增加。
　　(3)HA(B)吸附態(tài)釩的解吸迅速發(fā)生在反應(yīng)初始階段(0

10、-30 min)，后期反應(yīng)速率較慢，在720 min時(shí)達(dá)到解吸平衡狀態(tài);HA(B)+SiO2共存體系吸附態(tài)釩在120 min達(dá)到解吸平衡，解吸量約為44.89 mg·kg-1;擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)能較好表征HA(B)、SiO2以及HA(B)+SiO2共存體系吸附態(tài)釩的解吸過程。
　　(4)隨著溶液pH的增加，HA(B)吸附態(tài)釩解吸量和解吸率均逐漸減少;SiO2吸附態(tài)釩的解吸量有一定程度的增加;HA(B)+SiO2共存體系吸附態(tài)釩解吸率逐漸

11、增加。
　　(5)電解質(zhì)溶液NaNO3濃度為0.005-1 mol·L-1時(shí)，HA(B)吸附態(tài)釩的解吸量沒有顯著性差異;NaNO3濃度顯著性影響SiO2以及HA(B)+SiO2共存體系吸附態(tài)釩的解吸。
　　(6)隨著溫度的增加，HA(B)吸附態(tài)釩解吸量和解吸率均逐漸增加;SiO2吸附態(tài)釩的解吸量先增加后減少;HA(B)+SiO2共存體系吸附態(tài)釩解吸量在45℃時(shí)達(dá)到最大值57.99 mg·kg-1。
　　(7)濃度為0.

12、005 mol·L-1的NaNO3、Na2SO4、NaCl和NaNO3+Na2SO4電解質(zhì)對(duì)吸附態(tài)釩的解吸量沒有顯著性影響。
　　總的來說，HA(A)對(duì)釩的吸附量和吸附強(qiáng)度＞HA(B)對(duì)釩的吸附量和吸附強(qiáng)度;HA(A)+SiO2共存體系對(duì)釩的吸附量和吸附強(qiáng)度＞HA(B)+SiO2共存體系對(duì)釩的吸附量和吸附強(qiáng)度;HA+SiO2共存體系對(duì)釩的吸附量＞單一吸附劑時(shí)的吸附量。HA(B)和SiO2吸附態(tài)釩的解吸主要受化學(xué)解吸和反應(yīng)速率的影響

13、，HA(B)+SiO2共存體系吸附態(tài)釩的解吸主要受化學(xué)解吸影響。吸附和解吸效果受腐殖酸濃度、溶液pH、離子強(qiáng)度、溫度、不同電解質(zhì)和共存離子等環(huán)境因素的影響。
　　本研究結(jié)果也表明，不同來源的腐殖酸，結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等不同，對(duì)釩的吸附效果和吸附機(jī)理存在差異。本文僅對(duì)吸附及解吸過程進(jìn)行了初步探討，不同來源的腐殖酸對(duì)釩的吸附的機(jī)理尚不明確。同時(shí)，本文僅限于腐殖酸對(duì)釩這一單一離子的吸附及解吸過程的研究，今后應(yīng)繼續(xù)探討腐殖酸對(duì)多種共存重金屬離子的