论文部分内容阅读
铊(Thallium; Tl)是一种稀有并具有分散性的重金属。在环境中有一价(Tl(Ⅰ))和三价(Tl(Ⅲ))两种价态,但Tl(Ⅰ)更稳定,而广泛存在于环境中。Tl+(1.49(A))与K+(1.33(A))离子半径相近,其毒性表现为对动植物的无差别吸收,毒害作用远远大于常规重金属。近些年,随着矿山开发,重金属冶炼等工业开发规模的加大,铊对环境造成的污染也日益加重,污染水体事件偶有发生。因此,去除与控制环境中的铊显得尤为重要。 本文系统的研究了三种粘土矿物(Ca-Mt,Na-Mt,Kaolinite),两种纳米金属氧化物(锐钛型-TiO2,γ-MnO2)与核壳材料(Fe@Fe2O3)对Tl(Ⅰ)的吸附,主要研究参数包括离子强度,pH,投加量,时间,初始浓度和温度对吸附的影响;并以上述材料中的Ca-Mt与MnO2为固化剂,从土壤和植物两方面研究其效果及相应的机理。研究结果如下: (1)六种材料对Tl(Ⅰ)均有强烈的吸附作用,吸附量随着pH的增加、离子强度的降低、投加量的减小而增大,其中粘土矿物与核壳材料受离子强度影响较大,而TiO2受pH影响较大。 (2)吸附在短时间(15-30 min)内达到平衡,除TiO2符合准一级动力学方程外,其他材料均符合准二级动力学方程。 (3)不同温度下,蒙脱石对Tl(Ⅰ)的吸附随着温度的升高而增大,属于吸热反应,而高岭石,TiO2,MnO2及核壳材料均与之相反。蒙脱石,高岭石,TiO2与核壳材料均符合Langmuir吸附等温式,而MnO2符合Freundlich吸附等温式。 (4)Tl(Ⅰ)的吸附过程主要表现为离子交换与表面络合的共同作用。粘土矿物对Tl(Ⅰ)的吸附主要为离子交换作用,并有少量Tl(Ⅰ)进入层间,使得层间距d001升高;而MnO2与Tl(Ⅰ)发生氧化还原反应,使得Tl(Ⅰ)转化为Tl(Ⅲ),提高吸附效果。应用XPS表明, Tl2O沉淀后与Tl(Ⅰ)共同吸附于核壳材料上。 (5)材料对Tl(Ⅰ)的吸附能力依次为Fe@Fe2O3> MnO2> Ca-Mt> Na-Mt> TiO2≈Kaolinite,以Fe@Fe2O3最大,MnO2次之,TiO2与Kaolinite最小。因此,Fe@Fe2O3,MnO2,Ca-Mt,Na-Mt均是良好用于铊污染的修复材料。 (6)固化剂的添加,对土壤的理化性质有一定的影响,并随着投加量的增加,土壤中可交换态的Tl(Ⅰ)含量下降与DGT结果相似,植株的生物量明显增加,Tl(Ⅰ)在植株各部位的富集量顺序依次为:根、果>叶、茎。 (7)通过叶绿素荧光参数(Fv/Fm、ΦPSⅡ、rETR、qN、qP)的测定,其中CK组均呈下降的趋势,而添加固化剂后植株均呈小幅度下降,后上升的态势,并随着投加量的增加,效果越好。间接反映了固化剂对植物受Tl(Ⅰ)毒害有抑制作用,其中蒙脱石的效果略好于二氧化锰。