论文部分内容阅读
腐殖质作为一种复杂的天然大分子有机质,根据溶解性差异,可分为胡敏酸(Humicacid)、富里酸(Fulvicacid)和胡敏素(Humin)。富里酸含有多种酸性基团,对重金属有较强的吸附络合能力,影响着重金属的地球化学行为。不同级分富里酸在元素组成、结构特征等方面存在差异,决定了不同级分富里酸与重金属相互作用的机理机制方面存在差异。本文以连续碱提法获得乌梁素海沉积物不同级分富里酸为基础,以不同级分富里酸对重金属的吸附机制研究为主线,研究不同环境条件(pH、离子强度、离子类型、温度、光照)下不同级分FA对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附特征,结合光谱学、形貌学、ligand binding模型和bi-Langmuir模型分析吸附机理,以期为湖泊生态系统中重金属污染的防控提供理论依据。主要结论如下:(1)随提取次数增加,FA有机碳含量、酸性官能团含量、芳香性、分子极性均减小;分子量、脂肪性和腐殖化程度增大。(2)动力学实验结果表明,各级分FA对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附在10分钟左右达到平衡,吸附速率为Cu2+>Cd2+>Pb2+;随提取次数的增大,FA对重金属的吸附速率常数递减,表明后提出的FA对重金属吸附速率较慢。等温吸附实验结果表明,随提取次数的增加,FA对重金属的吸附量减少。(3)低于临界pH值时,各级分FA对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量随pH升高而升高。随离子强度的增大,各级分FA对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量逐渐降低;不同离子类型对FA的吸附影响不同,具体表现为Ca2+>Mg2+>K+,这是由于Ca2+水合半径小且电荷数大,对Cu2+、Pb2+、Cd2+的影响大。FA对重金属的吸附为自发的放热反应,反应后无序程度增加。光照可以降解FA,对重金属离子吸附量减少。(4)Ligand binding 模型和 bi-Langmuir 模型拟合效果良好。Ligand binding模型拟合结果表明,FA对重金属的吸附存在强弱两种点位,强点位可能为FA中含氮、含硫的官能团,对重金属吸附能力强但含量少;弱点位主要为羧基、羟基,吸附能力弱但含量多,在吸附重金属中起主导作用;bi-Langmuir模型拟合结果表明,随级分增加,理论吸附量减少,吸附量与酸性官能团呈正相关,与脂肪性、分子量呈负相关。(5)吸附前后表征结果揭示,不同级分FA吸附重金属后,其组成和结构均发生改变。紫外分析结果表明,FA的共轭度、脂肪性和分子量增加;红外分析结果表明,羟基、羧基特征峰发生明显偏移和减弱,表明这些官能团对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附贡献较大;三维荧光光谱分析结果表明,peakC发生明显蓝移,peakB和peakC发生淬灭反应,peakA荧光强度有所增强,表明FA中羧基参与了对Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附且反应过程中伴随π-π*跃迁;扫描电镜结果表明,吸附后FA聚集成团,结构发生改变。