天然水体中胶体对氧化铝纳米颗粒吸附Cu(Ⅱ)/Pb(Ⅱ)的影响

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Al2O3纳米颗粒物,作为一种典型的金属氧化物纳米颗粒(MONs),因为其巨大的比表面积和较高的吸附潜力,近年来作为水体中金属离子的吸附剂被广泛研究。一旦进入水环境中,Al2O3纳米颗粒物将不可避免地与天然水体中的胶体物质发生作用。之前大多数关于MONs对金属吸附的研究都关注于模拟配水的溶液中天然有机物的影响,而很少有研究探讨在实际地表水中天然胶体对MONs吸附重金属的影响。  本研究采集了两条不同污染特征的河流(温榆河和郑州段黄河)水样。利用错流过滤的方法,将水样根据胶体尺寸大小分为四个组分(1-0.22μm,0.22-0.006μm,0.006-0.003μm,<0.003μm),并采用不同的方法对各种颗粒尺寸的胶体进行了表征。以Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)为目标污染物,利用序批实验重点探讨了水体中不同粒径的胶体对Al2O3纳米颗粒吸附金属的影响。  对河流中水样的表征表明温榆河中各尺寸分级的TOC浓度和主要元素含量都比黄河中的高。温榆河不同粒径组分样品TOC的浓度为7.47-25.58 mg/L,并随着胶体尺寸的增加而升高。而黄河所有组分样品的TOC浓度都小于1 mg/L。三维荧光分析表明,温榆河组分高强度类色氨酸峰的出现证实温榆河受到了人为污染,而黄河的荧光谱图则显示其中只含有天然来源的类腐殖酸和富里酸物质。  吸附动力学实验结果表明,在不同离子强度(0.005-0.02M)、pH(5.0-5.3)、初始铜离子浓度(10-40mg/L)和腐殖酸含量(0-6.90mg/L TOC)条件下,Al2O3纳米颗粒对金属的吸附可以在140-390min时间内达到平衡。在两条河流的溶解性组分中,Al2O3纳米颗粒对Cu(Ⅱ)/Pb(Ⅱ)的吸附与pH有关,主要机理为表面≡AlOH与金属离子的络合。溶解性和不同胶体粒径组分中金属的吸附数据可用Langmuir和Freundlich等温线拟合。由于胶体中有机物含量的差异,温榆河中的胶体显著(p<0.05)促进了Al2O3纳米颗粒对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附,而黄河胶体对金属的吸附促进作用则不明显。由于胶体与Al2O3纳米颗粒物的相互作用,导致Al2O3纳米颗粒的zeta电位和比表面积发生改变,从而影响了其对金属的吸附。动态光散射、透射电镜和原子力显微镜结果表明,Al2O3纳米颗粒物的形貌和颗粒尺寸发生了改变。综上可以得出,胶体的不同性质对Al2O3纳米颗粒物吸附金属具有重要影响,这种影响既有通过与金属离子作用的直接影响,也有通过改变Al2O3纳米颗粒物表面性质的间接影响。
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