納米羥基磷灰石及其攜帶重金屬銅在石英砂柱中遷移研究.pdf

1、由于納米材料具有特有的光學(xué)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械學(xué)和化學(xué)特性，因此應(yīng)用前景十分廣泛。納米羥基磷灰石是納米大家族中重要的一員，由于其對(duì)金屬離子有較強(qiáng)的吸附固定能力，已被用于修復(fù)受金屬污染（Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Co2+等）的土壤或地下水，但對(duì)用納米羥基磷灰石修復(fù)后的土壤中重金屬的遷移以及歸趨的關(guān)注很少。而重金屬離子吸附在納米羥基磷灰石上很難從其表面解離，一旦土壤溶液化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變（如降雨、降雪等天氣變化引起土壤溶液離子強(qiáng)度降低）

2、，將引起易負(fù)載在納米羥基磷灰石發(fā)生共遷移現(xiàn)象，造成潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。選擇石英砂填充柱模擬飽和體系，通過(guò)測(cè)量納米羥基磷灰石膠體懸液的zeta電位和出流比來(lái)考察懸液化學(xué)性質(zhì)（腐殖酸濃度、離子強(qiáng)度、離子組成和不同Cu濃度條件）對(duì)納米羥基磷灰石在飽和填充柱中遷移規(guī)律的影響。結(jié)果表明：隨著懸液腐殖酸濃度的增加，納米羥基磷灰石的zeta電位逐漸增加（越來(lái)越負(fù)），吸附效率相應(yīng)降低。當(dāng)溶液中腐殖酸濃度由0增加至10 mg/L時(shí)，納米羥基磷灰石的zeta電

3、位由-15mV增加至-55mV，吸附效率由1.0減小為0.012。這主要是由于吸附在納米羥基磷灰石上的腐殖酸通過(guò)靜電排斥和空間位阻效應(yīng)增加懸液的穩(wěn)定性，因此，出流比相應(yīng)增加。隨著本體懸液pH增加，由于納米羥基磷灰石解質(zhì)子化使其zeta電位越來(lái)越負(fù)，彌散穩(wěn)定性增加使其出流比相應(yīng)增加。伴隨著本體懸液離子強(qiáng)度的增加，納米羥基磷灰石的zeta電位逐漸降低，這主要由高離子強(qiáng)度壓縮其雙電層所致。二價(jià)陽(yáng)離子（Ca2+和Cu2+）的電荷屏蔽效應(yīng)高于單價(jià)

4、陽(yáng)離子，因此其對(duì)納米羥基磷灰石zeta電位的影響要明顯高于單價(jià)陽(yáng)離子。當(dāng)本體懸液的離子強(qiáng)度由1增加至100 mmol/L NaCl時(shí)，納米羥基磷灰石的zeta電位從-51 mV降低至-13 mV。當(dāng)本體懸液中Ca離子濃度由0.1增加至5mmol/L時(shí)，其zeta電位由-50 mV降低至-22 mV。由于二價(jià)Ca2+離子橋連納米羥基磷灰石膠體使其發(fā)生團(tuán)聚，因此其出流比隨著懸液Ca2+濃度增加而降低，同時(shí)，由于Cu2+離子強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)納米羥基磷

5、灰石上的Ca2+并與其發(fā)生表面絡(luò)合反應(yīng)，因此，Cu2+離子對(duì)納米羥基磷灰石遷移能力的影響要大于Ca2+離子。離子對(duì)納米羥基磷灰石遷移能力大小影響的順序?yàn)椋篊u2+> Ca2+> K+。
　　 其次，考察孔隙水水流流速、石英砂平均粒徑和不同比例鐵氧化物包被對(duì)納米羥基磷灰石遷移能力的影響。納米羥基磷灰石的出流比隨著孔隙水流速增加而增加。這與經(jīng)典的膠體過(guò)濾理論吻合。因?yàn)榭紫端髁魉僭黾訒?huì)降低膠體與膠體以及膠體與多孔介質(zhì)之間的碰撞效率

6、，相應(yīng)地降低膠體的沉降效率。隨著石英砂平均粒徑增加，出流液中納米羥基磷灰石的濃度相應(yīng)增加。這主要是因?yàn)殡S著粒徑增加，膠體的“誘捕效應(yīng)”相應(yīng)降低。鐵氧化物包被的石英砂對(duì)納米羥基磷灰石遷移能力的影響很大。這些鐵氧化物包被提供化學(xué)異質(zhì)性吸附位點(diǎn)，能夠強(qiáng)烈地吸附帶負(fù)電荷的納米羥基磷灰石膠體，因此，納米羥基磷灰石的出流比隨著鐵氧化物包被比例增加而降低。最后，考察不同Cu濃度以及鐵氧化物包被石英砂比例對(duì)納米羥基磷灰石攜帶Cu共遷移能力的研究。納米羥

7、基磷灰石攜帶Cu的濃度隨著本體懸液Cu濃度增加而降低。這是因?yàn)殡S著本體懸液Cu濃度變化納米羥基磷灰石和Cu的結(jié)合能力發(fā)生變化引起的。隨著鐵氧化物包被石英砂的比例增加，負(fù)載在納米羥基磷灰石的Cu的含量急劇降低。當(dāng)鐵氧化物包被比例由0增加至36％，納米羥基磷灰石攜帶Cu共遷移比例由31.8％急劇降低至6.3％，這主要是因?yàn)楸砻鎺ж?fù)電荷的納米羥基磷灰石-Cu復(fù)合體吸附在正電荷的鐵氧化物包被物所致。研究結(jié)果對(duì)認(rèn)識(shí)納米材料以及納米材料攜帶污染物在