不同類型吸附劑對釩(V)吸附行為的研究.pdf

1、土壤重金屬污染給糧食安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅，土壤中重金屬污染物的形態(tài)轉(zhuǎn)化及遷移累積引起廣大學(xué)者的關(guān)注。環(huán)境中的釩隨飲食、呼吸等方式被帶入動物體內(nèi)，對人類健康造成威脅。釩污染雖然不會立即威脅全球范圍內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)，但是隨著釩的沉積和遷移，會逐漸破壞生態(tài)環(huán)境。深入研究釩在土壤環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化機(jī)制，將非常有利于釩的污染治理與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定，從而實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品更加安全的生產(chǎn)。本文以五價的釩為研究對象，采用陜西省典型的黃褐土、壤土、風(fēng)沙土、黃綿土、以及

2、相應(yīng)的土壤膠體和改性鋸末生物質(zhì)炭為吸附材料，通過吸附動力學(xué)及與等溫試驗，分析不同吸附材料對V(Ⅴ)的吸附能力的差異性，結(jié)合比表面積(BET)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、X衍射分析(XRD)、電子掃描電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)等分析表征手段，探索不同吸附材料對V(Ⅴ）的吸附機(jī)理。上述研究旨在揭示不同吸附劑對V(Ⅴ)的固持能力的大小，為了解V(Ⅴ)在土壤中的行為和生物質(zhì)炭的環(huán)境生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。本研究取得了以下主要結(jié)論:<

3、br>　　(1)不同土壤對釩吸附能力的大小
　　黃褐土、塿土、風(fēng)沙土和黃綿土由于物理化學(xué)性質(zhì)（有機(jī)質(zhì)含量、比表面積、粒徑分布和礦物成分）的不同，對V(Ⅴ)的吸附也存在較大差異。完成快速吸附V(Ⅴ)的反應(yīng)時間分別為60min、120min、120min和30min，動力學(xué)數(shù)據(jù)最為符合擬二級動力學(xué)模型。這表明土壤吸附釩是一個復(fù)雜的化學(xué)吸附與物理吸附共存的動態(tài)吸附過程。Freundlich模型能較好地擬合等溫吸附數(shù)據(jù)，陜西土壤對V(Ⅴ)

4、的吸附為多分子層吸附，黃褐土、壤土、風(fēng)沙土和黃綿土對V(Ⅴ）的最大吸附量分別為1147.4 mg·kg-1，854.4 mg·kg-1，748.6mg·kg-1，730.8 mg·kg-1。pH值為4到8時黃褐土、壤土、風(fēng)沙土和黃綿土吸附V(Ⅴ)的最大吸附能力較穩(wěn)定，同時吸附能力隨著離子強(qiáng)度的增加而降低。
　　(2)釩在不同土壤膠體上的吸附行為特征
　　通過原子力顯微鏡(AFM)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與風(fēng)沙土和壤土膠體相比，黃綿土膠體粒

5、徑最大為181.30nm。XRD結(jié)果分析顯示天然土壤膠體中主要的礦物成分包括黑云母、高嶺石、方解石和石英。土壤膠體對V(Ⅴ)的吸附動力學(xué)和等溫線分別能較好的被Pseudo-second-order和Freundlich模型擬合。Langmuir模型擬合結(jié)果表明塿土和風(fēng)沙土膠體對V(Ⅴ)的最大吸附能力相差不大，黃綿土膠體對V(Ⅴ)的吸附能力較弱，最大吸附量分別為285.7 mg g-1、238.1 mg g-1和41.5 mg g-1。吸

6、附能力的差異與土壤膠體的粒徑大小和有機(jī)質(zhì)含量有直接關(guān)系，且化學(xué)吸附過程主要作用于羧基和羥基官能團(tuán)。在pH影響試驗中，壤土膠體在溶液初始pH值介于5.0--9.0之間吸附量最佳，風(fēng)沙土和黃綿土膠體的最佳為6.0--8.0。隨離子強(qiáng)度的增加，土壤膠體對V(Ⅴ)的吸附能力相應(yīng)減小。
　　(3)改性鋸末生物質(zhì)炭對釩吸附特征
　　隨著pH值的升高，改性鋸末生物質(zhì)對釩的吸附量先增加后減小，其中pH在7左右時，吸附量達(dá)到最大，為15.76

7、6 mg.g-1。改性生物質(zhì)炭在前1小時內(nèi)迅速完成對釩的吸附過程，在24小時左右達(dá)到吸附平衡，吸附動力學(xué)擬合結(jié)果符合擬二級動力學(xué)方程。原始生物質(zhì)炭對釩的最大吸附量為1.9905 mg.g-1，F(xiàn)e改性生物質(zhì)炭對釩的最大吸附量為17.231 mg.g-1，改性炭對釩的吸附量是原始炭吸附量的8.66倍。鋸末生物質(zhì)炭經(jīng)過Fe負(fù)載改性，改變生物質(zhì)炭的元素組成，降低了生物質(zhì)炭的孔隙度，可顯著提高生物質(zhì)炭對釩的吸附性能。改性生物質(zhì)炭對釩良好的吸附性