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高岭石是温带气候区土壤或沉积物中最主要的粘土矿物成分,其对环境中经常可检测到的羧酸类物质的吸附是一个重要的环境过程。本文通过吸附批实验及红外表征的手段,研究了一种芳香性羧酸化合物(萘普生)和三种小分子有机酸(乙酸、草酸和柠檬酸)在高岭石上的吸附机理,主要结论如下:(1)萘普生(NPX)分子内羧基和芳香环均在其吸附中起重要作用。芳香环与高岭石表面羟基间的n-π电子供受体作用(EDA)是主要吸附机理,未解离的羧基与高岭石矿物表面形成的氢键(HB)是次要的吸附机理。高岭石的硅氧层是萘普生的主要吸附位点。(2)随着溶液pH从3.0升高到6.0,分子态萘普生的比例逐渐减小,其形成氢键的能力相应减小,萘普生在高岭石上的整体吸附下降。基于实验数据建立了高岭石吸附萘普生的模型:Kd,NPX=Kd,EDA+Kd,HB f0,f0为分子态萘普生的比例。该模型可以很好地描述萘普生在高岭石上的吸附机理及贡献比率。(3)小分子有机酸的竞争吸附能力与其疏水性有关,对于研究所选用的有机酸,竞争吸附能力次序为:乙酸>柠檬酸>草酸。三种小分子有机酸的吸附系数随pH的变化呈现出相似的特征,均在全部解离且高岭石表面≡AlOH充足的时候出现吸附最大值,这与之前的研究结果一致。(4)不同羧酸数的小分子有机酸在吸附过程中的自由能变化(ΔG)受四种作用过程的影响。其中,化学吸附(-26.6~-79.6 kJ/mol)和亲水作用(22.8~68.2kJ/mol)的ΔG绝对值最大,是控制吸附的主要因素。静电斥力(2.5~7.7 kJ/mol)和物理吸附(-5.38~-6.46 kJ/mol)的ΔG绝对值很小。羧酸数的增加提高了有机酸的化学吸附能力,但同时增强了其亲水性和其与矿物表面的静电斥力。不同酸的吸附能力次序为:草酸(二元)>柠檬酸(三元)>乙酸(一元)。(5)当溶液pH=8.0时,高岭石表面带负电(pHpzc为3.8)。随着离子强度增加(0.001-0.1 mol/L,NaCl),高岭石矿物表面的负电性减弱。当小分子有机酸发生吸附作用时,化学吸附等当量发生配体交换,不改变矿物表面电势;物理吸附发生在矿物表面双电层中,会小幅度降低矿物表面电势。