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吸附是环境领域中的重要技术或过程之一。在某种吸附剂大面积推广应用之前，判断吸附剂的吸附性能是一件既费时又费力的事情，一般常用的柱实验运行期往往需要几个月的时间。我们希望能在实验室中仅通过静态实验就能在短时间内确定吸附剂的吸附性能。然而，现有的实验室批实验的方法还不能准确用来指导柱实验以及现场试验。本研究运用一种新开发的多批次实验方法，在亚稳平衡态吸附(MEA)理论的基础上，结合现代的分子环境科学分析技术(EXAFS、原位的ATR-FTIR)及量子化学理论，依托有毒含氧酸根阴离子砷酸根-TiO2吸附体系，首次发现并研究了一种固液界面吸附中的异常现象——初始浓度效应(C0效应)，并揭示了批实验和柱实验之间的尚未认知的内在关系。取得的主要研究成果如下：
1.通过开发的新实验方法——多批次实验，验证了在含氧酸根阴离子砷酸根(以下简称为As(V))和金属氧化物TiO2的吸附体系中存在显著的C0效应。在相同的热力学条件下，多批次实验导致吸附反应的动力学过程发生改变，3-batch实验中As(V)在TiO2表面的吸附量明显小于1-batch实验中的吸附量。多次添加的反应方式不利于As(V)的吸附。
2.EXAFS和ATR-FTIR实验都表明As(V)在TiO2表面主要存在两种结合方式。结合DFT理论计算结果，可以断定这两种结合方式是吸附力较强的双角方式和吸附力较弱的单角方式。对应的As-Ti原子间距分别为3.21±0.02(A)和3.60±0.05(A)。
3.C0效应出现的根本原因在于，As(V)在TiO2表面吸附的吸附产物存在两种亚稳平衡态(双角吸附和单角吸附)，并且这两种亚稳平衡态之间的比例随着添加次数增加导致的动力学过程变化明显增加，对应吸附量显著降低。C0效应又一次验证了实际吸附反应终了时，吸附态分子以不同的MEA状态结合在固体表面上，吸附产物的微观构型受反应过程和不可逆性的影响。
4.As(V)在TiO2表面的吸附是一个两步的反应过程。包含两个过渡态和两个亚稳平衡态。当-AsO4靠近TiO2表面时，首先和TiO2表面的-H2O/-OH发生化学反应，形成单角吸附构型；然后单角构型继续稳定存在或者-AsO4继续和TiO2表面的-H2O/-OH发生配位体交换，进而由单角构型转换成能量更低的双角构型。在现有文献中尚未见这种吸附机理的报道。不仅存在两种吸附构型，且两种构型之问能相互转化的结论进一步充实了MEA理论。
5.As(V)在金属氧化物TiO2表面的吸附-解吸实验结果表明该体系具有明显的不可逆性。反应物浓度变化及添加方式变化均会对可逆性产生影响，随着As(V)添加次数的增加，体系的吸附量降低，不可逆性增强。多次添加方式虽然降低了吸附量，但是却增加了吸附态As(V)的稳定性，从而降低了砷在水环境中二次释放毒害的风险。
6.量子化学计算与EXAFS、ATR-FTIR等实验手段相结合，不仅为揭示表面吸附状态及规律提供有力的理论证据，而且对于分子环境科学的发展及预测环境中污染物的迁移转化规律具有重要的方法学意义。
1.通过开发的新实验方法——多批次实验，验证了在含氧酸根阴离子砷酸根(以下简称为As(V))和金属氧化物TiO2的吸附体系中存在显著的C0效应。在相同的热力学条件下，多批次实验导致吸附反应的动力学过程发生改变，3-batch实验中As(V)在TiO2表面的吸附量明显小于1-batch实验中的吸附量。多次添加的反应方式不利于As(V)的吸附。
2.EXAFS和ATR-FTIR实验都表明As(V)在TiO2表面主要存在两种结合方式。结合DFT理论计算结果，可以断定这两种结合方式是吸附力较强的双角方式和吸附力较弱的单角方式。对应的As-Ti原子间距分别为3.21±0.02(A)和3.60±0.05(A)。
3.C0效应出现的根本原因在于，As(V)在TiO2表面吸附的吸附产物存在两种亚稳平衡态(双角吸附和单角吸附)，并且这两种亚稳平衡态之间的比例随着添加次数增加导致的动力学过程变化明显增加，对应吸附量显著降低。C0效应又一次验证了实际吸附反应终了时，吸附态分子以不同的MEA状态结合在固体表面上，吸附产物的微观构型受反应过程和不可逆性的影响。
4.As(V)在TiO2表面的吸附是一个两步的反应过程。包含两个过渡态和两个亚稳平衡态。当-AsO4靠近TiO2表面时，首先和TiO2表面的-H2O/-OH发生化学反应，形成单角吸附构型；然后单角构型继续稳定存在或者-AsO4继续和TiO2表面的-H2O/-OH发生配位体交换，进而由单角构型转换成能量更低的双角构型。在现有文献中尚未见这种吸附机理的报道。不仅存在两种吸附构型，且两种构型之问能相互转化的结论进一步充实了MEA理论。
5.As(V)在金属氧化物TiO2表面的吸附-解吸实验结果表明该体系具有明显的不可逆性。反应物浓度变化及添加方式变化均会对可逆性产生影响，随着As(V)添加次数的增加，体系的吸附量降低，不可逆性增强。多次添加方式虽然降低了吸附量，但是却增加了吸附态As(V)的稳定性，从而降低了砷在水环境中二次释放毒害的风险。
6.量子化学计算与EXAFS、ATR-FTIR等实验手段相结合，不仅为揭示表面吸附状态及规律提供有力的理论证据，而且对于分子环境科学的发展及预测环境中污染物的迁移转化规律具有重要的方法学意义。