土壤腐殖酸对不同介质中钒的吸附—解吸研究

来源 :四川师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:toforworld
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随着我国经济快速增长,环境污染呈现出种类多、数量大、波及范围广等特点。钒在自然界分布很广,常伴生在钛磁铁矿、风化堆积残留矿、含钒铁矿、含钒磷矿等矿床中,20世纪80年代末,钒被列为环境危险元素,探讨钒污染的去除十分必要。腐殖酸是自然界天然高分子聚合物,具有有机分子的活性、结合金属离子的性能,能与重金属形成稳定的络合体,腐殖酸分子表面具有孔状结构,可提供良好的吸附表面,是良好的吸附载体。本文采用购买的腐殖酸物质HA(A)与采用国际腐殖酸协会推荐的方法从红壤中提取腐殖酸HA(B)作为吸附剂,探讨两种不同来源的HA对不同介质中钒的吸附–解吸行为。本文采用批次实验法,研究了HA浓度、钒离子浓度、时间、温度、溶液p H、离子强度、电解质以及共存离子等对腐殖酸吸附、解吸不同介质中五价钒的影响。主要研究结果如下:1、吸附剂对钒的吸附研究,得到以下结论:(1)当钒溶液浓度为90.09 mg·L-1时,随着水溶液中HA(A)和HA(B)浓度的增加,吸附剂HA(A)和HA(B)对钒的吸附量均呈现先增加后减小的规律;HA(A)的浓度为30mg/27.5 m L,即1.09 g·L-1,HA(B)浓度为20 mg/27.5 m L,即0.727 g·L-1时,二者对钒的吸附量达到最大值,分别为47.58 mg·g-1和21.49 mg·g-1,吸附率逐渐增加。当钒溶液浓度为8.36 mg·L-1时,随着HA(A)和HA(B)浓度的增加,HA(A)+SiO2共存体系以及HA(B)+SiO2共存体系对钒的吸附量和吸附率均逐渐增加并达到吸附平衡。(2)随着钒溶液浓度的增加,各吸附剂HA(A)、HA(B)、SiO2、HA(A)+SiO2共存体系以及HA(B)+SiO2共存体系的吸附量逐渐增加并趋于平衡,吸附率逐渐减小;Langmuir模型能较好地表征各吸附过程,而仅HA(B)+SiO2共存体系对钒的吸附过程符合Freundlich模型。(3)随着反应时间的增加,钒溶液浓度为90.09 mg·L-1时,HA(A)和HA(B)对钒的吸附量和吸附率逐渐增加至平衡;SiO2、HA(A)+SiO2共存体系以及HA(B)+SiO2共存体系对高浓度和低浓度钒的吸附量和吸附率逐渐增加至平衡;拟二级动力学模型能较好地表征HA(A)对钒的吸附过程,即吸附过程主要受化学吸附机理控制,拟一级动力学和拟二级动力学模型能较好地表征SiO2对钒的吸附过程,即吸附过程主要受扩散步骤和化学吸附机理控制,拟一级动力学和双常数模型能较好地表征HA(B)、HA(B)+SiO2共存体系对钒的吸附过程,即吸附过程主要受反应速率和扩散步骤综合控制;拟一级动力学模型能较好地表征HA(A)+SiO2共存体系对钒的吸附过程,即吸附过程主要受扩散反应的影响。(4)随着溶液p H的增加,钒溶液浓度为90.09 mg·L-1时,HA(A)和HA(B)对钒的吸附量均逐渐减少;SiO2、HA(B)+SiO2共存体系对高浓度和低浓度钒的吸附量均逐渐减少;HA(A)+SiO2共存体系对高浓度和低浓度钒的吸附率先减少后增加,即在酸性和碱性条件下,HA(A)+SiO2共存体系对钒的吸附效果更佳。(5)随着温度的增加,钒溶液浓度为90.09 mg·L-1时,HA(A)对钒的吸附量逐渐减少,HA(B)对钒的吸附量没有显著性差异;HA(A)+SiO2共存体系对高浓度和低浓度钒的吸附量逐渐减少;HA(B)+SiO2共存体系对高浓度和低浓度钒的吸附量没有显著性差异;温度过低或过高,都不利于SiO2对高浓度和低浓度钒的吸附。(6)浓度为0.005 mol·L-1的NaNO3、Na2CO3和Na2SO4等电解质对吸附过程没有显著影响。(7)共存离子(Fe2+、Al3+、K+、SO42-、CO32-和Cl-)对HA(A)和SiO2吸附钒的效果均有影响。(8)通过对水溶液中钒吸附前后的HA的红外光谱谱图可看出,吸附钒后的HA(A)和HA(B)主要官能团均发生了变化,羟基、甲基、碳氧键和硅氧键等官能团参与了吸附过程,说明在水溶液中HA(A)和HA(B)对钒的吸附均主要为化学吸附。2、对HA(B)、SiO2以及HA(B)和SiO2共存体系高浓度吸附态钒的解吸研究,得出以下结论:(1)HA(B)浓度为0.364 g·L-1时,HA(B)吸附态钒解吸量最大为2.601 mg·g-1,解吸率随HA(B)浓度的增加逐渐减少直至平衡。解吸率为7.97%。(2)随着钒溶液浓度的增加,吸附态钒的解吸量逐渐增加。(3)HA(B)吸附态钒的解吸迅速发生在反应初始阶段(0–30 min),后期反应速率较慢,在720 min时达到解吸平衡状态;HA(B)+SiO2共存体系吸附态钒在120 min达到解吸平衡,解吸量约为44.89 mg·kg-1;拟二级动力学能较好表征HA(B)、SiO2以及HA(B)+SiO2共存体系吸附态钒的解吸过程。(4)随着溶液p H的增加,HA(B)吸附态钒解吸量和解吸率均逐渐减少;SiO2吸附态钒的解吸量有一定程度的增加;HA(B)+SiO2共存体系吸附态钒解吸率逐渐增加。(5)电解质溶液Na NO3浓度为0.005–1 mol·L-1时,HA(B)吸附态钒的解吸量没有显著性差异;Na NO3浓度显著性影响SiO2以及HA(B)+SiO2共存体系吸附态钒的解吸。(6)随着温度的增加,HA(B)吸附态钒解吸量和解吸率均逐渐增加;SiO2吸附态钒的解吸量先增加后减少;HA(B)+SiO2共存体系吸附态钒解吸量在45℃时达到最大值57.99 mg·kg-1。(7)浓度为0.005 mol·L-1的Na NO3、Na2SO4、Na Cl和NaNO3+Na2SO4电解质对吸附态钒的解吸量没有显著性影响。总的来说,HA(A)对钒的吸附量和吸附强度>HA(B)对钒的吸附量和吸附强度;HA(A)+SiO2共存体系对钒的吸附量和吸附强度>HA(B)+SiO2共存体系对钒的吸附量和吸附强度;HA+SiO2共存体系对钒的吸附量>单一吸附剂时的吸附量。HA(B)和SiO2吸附态钒的解吸主要受化学解吸和反应速率的影响,HA(B)+SiO2共存体系吸附态钒的解吸主要受化学解吸影响。吸附和解吸效果受腐殖酸浓度、溶液pH、离子强度、温度、不同电解质和共存离子等环境因素的影响。本研究结果也表明,不同来源的腐殖酸,结构、性质等不同,对钒的吸附效果和吸附机理存在差异。本文仅对吸附及解吸过程进行了初步探讨,不同来源的腐殖酸对钒的吸附的机理尚不明确。同时,本文仅限于腐殖酸对钒这一单一离子的吸附及解吸过程的研究,今后应继续探讨腐殖酸对多种共存重金属离子的吸附及解吸特征和机理。
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