论文部分内容阅读
本文将宏观的吸附-解吸实验与X射线精细结构(XAFS)相结合，研究了多种不同的反应过程对重金属Zn(II)在两种结构不同的锰氧化物(水锰矿和δ-MnO2)表面上的吸附行为以及不可逆性的影响。
研究了在NaNO3介质中，Zn(II)在水锰矿表面上的宏观吸附行为，结果表明：(1)当温度由5、25℃到45℃逐渐升高时，水锰矿对Zn(II)的吸附能力显著增强，而吸附的不可逆性减弱。(2)Zn(II)-水锰矿吸附体系呈现出明显的颗粒物浓度(Cp)效应，且Cp效应随着温度的升高而减小；当温度一定时，吸附不可逆性随着Cp的增加而增强；(3)当总量一定的吸附质Zn(II)，分批次(1，3，15次)加入到吸附剂水锰矿体系中时，吸附等温线呈现出明显的初始浓度(Co)效应：且吸附不可逆性随着Zn(II)初始浓度加入批次的增加而减弱。Zn(II)-水锰矿吸附体系中的Cp效应、Co效应等的存在与否的规律符合MEA理论的预测。
用微观XAFS实验手段对Zn(II)在水锰矿表面微观吸附结构的研究发现，pH7.20时水锰矿表面上吸附态Zn以六配位的八面体和四配位的四面体共存，使得dZn-O=2.02 A。吸附态zn有两种结合方式：边-边结合和角-角结合，分别对应着dZn-Mn=3.05 A和3.52 A。边-边结合的Zn(II)与水锰矿表面的结合力较强，不容易发生解吸；而角.角结合的Zn(II)与水锰矿表面的结合力较弱，易于解吸。因此不同的反应过程中，Zn(II)在水锰矿表面强、弱两种结合方式的比例(N1/N2)发生变化，进而影响体系的宏观吸附行为和吸附不可逆性。
此外还研究了NaNO3介质中，Zn(II)在δ-MnO2表面上的吸附行为，结果表明：(1)在有磷酸盐缓冲溶液存在的条件下，一定初始浓度的Zn(II)不同的加入方式(批次)显著影响着吸附等温线，呈现出明显的初始浓度(Co)效应，且Co效应的变化趋势受pH值的影响。(2)在无磷酸盐缓冲溶液存在的条件下，Zn(II)在d-MnO2表面上的吸附表现出较好的吸附可逆性，在不同pH时均没有明显的初始浓度(Co)效应。并运用微观XAFS技术研究了磷酸盐缓冲溶液的存在对Zn(II)在δ-MnO2表面吸附行为的影响。
本文将Zn(II)在两种锰氧化物表面宏观吸附行为与界面吸附分子的微观构型相结合进行研究，揭示了不同的反应过程对重金属Zn(II)两种结构不同的锰氧化物(水锰矿和δ-MnO2)表面上的吸附行为以及不可逆性的影响，进一步验证了亚稳平衡态(MEA)理论关于吸附平衡状态与温度、颗粒物浓度、吸附质初始浓度，以及可逆性之间关系的预测。