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金属氧化物/水界面上NOM吸附机制的研究

作　者: 郭金仓
导　师: 李孟
学　校: 武汉理工大学
专　业: 市政工程
关键词: 腐殖酸赤铁矿界面吸附配位反应 SS/SF混合理论吸附机制
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 5次
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内容摘要

天然有机物(Natural Organic Matter,NOM)和金属氧化物在自然界普遍存在。其中,天然有机物在水体中可分为溶解性的和非溶解性的,是水体污染的主要原因之一。金属氧化物在水体中一般以矿物的形式存在,作为天然有机物的载体,给净水厂处理工艺造成许多不利的影响,如增加混凝剂的投量、影响过滤工艺处理效能的充分发挥,而且随着氯化消毒的进行还会产生大量的消毒副产物如三卤甲烷等,这些物质具有三致(致癌、致畸性、致突变)作用。此外,天然有机物还会结合水中的重金属离子,不仅增大重金属离子处理的难度,随生物链长期的富集还会影响人们的身体健康。随着生活水平的提高和对供水完全隐患的重视,如何有效地去除水体中天然有机物已成为前沿和热点研究问题。而传统理论不能很好地解释水中溶解性有机物的去除,并且这个问题也常常被人们所遗忘。因此,本文在传统混凝理论的基础上提出了新的理论观点,重点研究天然有机物在金属氧化物表面上的吸附,通过分析溶解性有机物与金属氧化物颗粒之间静电作用、化学作用来研究固/液界面处所发生的配位络合反应。其中,重点研究了溶液的pH值和离子强度2个影响因素,并分析了它们溶液胶体颗粒稳定性的影响,从而为实际工艺研究和溶解性有机物的有效去除提供了重要的理论基础。文中以腐殖酸作为天然有机物(NOM)的代表,以赤铁矿颗粒作为金属氧化物的代表,研究了腐殖酸大分子在赤铁矿颗粒表面的吸附行为,以及两者之间所发生的吸附络合配位反应。通过分析不同pH值和离子强度条件下赤铁矿颗粒表面吸附密度和吸附前后赤铁矿颗粒粒径的变化情况,分析出不同反应条件下的吸附机理。本文通过紫外光谱、红外光谱和官能团滴定等表征手段对本实验中所选用的商品腐殖酸进行了表征。通过比表面积分析、X射线衍射、X射线荧光光谱分析和粒度分析等手段对赤铁矿进行了表征。文中通过分析不同pH值和离子强度条件下赤铁矿颗粒表面腐殖酸大分子的吸附密度和赤铁矿颗粒粒径大小的变化规律,研究了固液界面处吸附络合配位反应的作用机制。其中,赤铁矿颗粒表面的吸附密度随着pH值的升高整体上呈减小的趋势,只是在某些pH值范围内出现较大的波动。当溶液pH值小于等电点处的pH值时,吸附密度变化的幅度较大;当高于等电点处的pH值时,吸附密度趋近于平衡,基本为一定值。在文中所采用的pH值范围内,赤铁矿颗粒表面均能发生吸附络合配位反应,只是反应的程度不同而已。其中,低pH值条件下,静电作用是产生较大吸附密度和较小颗粒粒径的主要原因;高pH值条件下,特殊化学作用力是吸附络合配位反应发生的主要原因,由于这种化学作用力较静电作用要小得多,因此产生了较小吸附密度和颗粒粒径。离子强度对赤铁矿颗粒表面吸附密度和反应后颗粒粒径的影响也有很大的影响,离子强度越高,吸附密度越大,吸附后颗粒粒径也越大。其中,当pH=5,I=1.0 mol/kg时,胶体颗粒稳定性最差,最容易脱稳聚集。本文选用了SS/SF混合理论来解释赤铁矿颗粒/水界面的吸附络合配位反应。在利用SS/SF混合理论解释固液界面的吸附行为时,选用了1:1单点位模型,在DLVO理论的基础上,采用SS/SF混合理论分析了不同pH值和离子强度下腐殖酸大分子的吸附机制,并根据化学平衡原理初步建立了界面吸附络合反应模型,由该模型得出的模拟曲线与实验测定得出的吸附密度曲线具有很大的相似性。

金属氧化物/水界面上NOM吸附机制的研究

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