pH值和离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响机制

磺胺二甲基嘧啶作为普遍使用的抗生素代表,可通过动物粪便施肥及药物不规范使用进入到环境中.针铁矿是土壤中分布广泛且活性较高的一种矿物,会对磺胺二甲基嘧啶的环境行为产生一定的影响.为了正确评估磺胺二甲基嘧啶的环境风险,本文考察了溶液pH值、离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.结果表明:磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附具有明显的非线性,且吸附具有明显的滞后现象,吸附等温线可以用Freundlich模型较好的拟合(R~2=0.991);磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附随着pH值的增加先增加后减小,随着离子强度的增加开始有微弱的增加然后保持不变;在酸性和中性条件下,表面络合作用是主导磺胺二甲基嘧啶在针铁矿表面上吸附的主要机制,在碱性条件下静电斥力是主导吸附的主要作用力.因此,在评估抗生素的环境行为时,应该考虑不同的环境条件对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.     

阳离子对磺胺嘧啶在河流沉积物中吸附特性的影响

采用OECD Guideline批量平衡法,研究磺胺嘧啶在大凌河义县段沉积物中不同Ca2+离子浓度(0.01、0.03、0.05、0.08和0.1mol/L Ca Cl2溶液)和阳离子类型(0.01 mol/L的Ca Cl2、Mg Cl2、Na Cl、KCl溶液)对磺胺嘧啶在河流沉积物中吸附特性的影响。研究表明不同价态阳离子的竞争吸附能力为价态越高,竞争能力越强:M+(Na+、K+)M2+(Ca2+、Mg2+)。不同Ca Cl2浓度下,磺胺嘧啶在河流沉积物吸附中随着阳离子浓度的增加吸附量减小。沉积物中磺胺嘧啶的最大吸附量与沉积物的阳离子交换量呈正相关。     

中药渣生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附及机理研究

以传统中药-黄芪废渣为原料,分别在200℃、400℃、500℃、600℃和700℃的厌氧氛围下热解制备生物炭材料（BC200、BC400、BC500、BC600和BC700）,并利用BET比表面积分析、FTIR光谱分析、扫描电子显微镜等方法对其进行表征,同时考察不同投加量、吸附时间、初始浓度和pH值下生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附特征.结果表明,随制备温度的升高,生物炭的表面积及吸附性能也显著增加.相比原状黄芪渣（S_BET=0.42m²/g）,BC700的BET比表面积（S_BET=155.69m²/g）增大370倍,对磺胺甲基嘧啶的吸附容量增加185倍.BC700对磺胺甲基嘧啶的等温吸附过程符合Langmuir模型（R²=0.9977）,最大吸附容量为11.96mg/g,吸附反应过程满足准二级动力学方程（R²>0.994）,且为化学吸附.同时随着溶液初始pH值和投加量的升高,生物炭的吸附容量先增大后减小,最佳吸附pH值为4.     

固化填埋污泥对Cu2+、Zn2+吸附特征的比较研究

比较研究了固化填埋污泥对Cu2+、Zn2+吸附特征差异.结果表明,固化填埋污泥对Cu2+、Zn2+的吸附量及吸附率均在pH 3时达最大值;当固化填埋污泥质量浓度为6.0g/L时,其对初始浓度为150mg/L 的Cu2+、Zn2+吸附率均可达90%以上.固化填埋污泥对Cu2+、Zn2+的吸附等温式与Henry、Freundlich及Langmiur方程均具有较好的拟合性,且固化填埋污泥分别对Cu2+和Zn2 +具有较高的吸附强度和吸附容量.解吸特性研究表明,盐酸仅在pH1时对固化填埋污泥中Cu2+、Zn2+的解吸率达90%以上;随EDTA浓度增加,其对固化填埋污泥中吸附态Cu2+的解吸率显著上升,0.5mmol/L EDTA即可解吸100%的吸附态Cu2+,但对固化填埋污泥中吸附态Zn2+的解吸率仅为10%左右.     

铁纳米线对水中Cu2+的吸附性能及机理

为研究nZVI（纳米零价铁）材料对水中Cu2+的吸附性能,采用液相还原法合成核壳结构的nZVI,即FSCNs（铁纳米线,Fe@Fe₂O₃ core-shell nanowires）.通过批处理吸附试验研究pH、离子强度、FSCNs投加量、反应时间、初始ρ（Cu2+）、反应温度等因素对Cu2+去除率的影响,运用动力学模型、等温吸附模型和吸附热力学模型分析FSCNs对Cu2+的吸附特性,并利用SEM（扫描电镜）、XRD（X射线衍射）和XPS（X射线光电子能谱）等表征手段探讨FSCNs对Cu2+的吸附机制.结果表明:①在pH为5、离子强度为0.01 mol/L、FSCNs投加量为0.5 g/L、反应温度为318 K条件下,FSCNs对Cu2+产生的吸附容量最大,为387.6 mg/g.②FSCNs对Cu2+的吸附反应在30 min内达到吸附平衡,此时的最大吸附率可达96%;FSCNs对Cu2+的吸附更符合准二级动力学模型（R2≥0.992）,表明化学吸附可能为该反应的限制步骤;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地拟合吸附结果（R2≥0.992）;该吸附过程是自发的吸热反应〔ΔG0（吉布斯标准自由能） < 0,ΔH0（标准焓变）>0〕.③大部分Cu2+在加入FSCNs后转化为Cu、Cu₂O和CuO,被吸附在FSCNs表面,吸附、还原与共沉淀可能是FSCNs去除水中Cu2+的主要机理.研究显示,FSCNs对Cu2+的最大吸附容量为387.6 mg/g,能快速高效吸附水中的Cu2+,应用前景良好.      

天然腐殖酸对黄土吸附敌草隆的影响

为研究添加天然腐殖酸条件下黄土对有机农药的吸附过程及影响机制,以敌草隆为目标污染物,采用批量平衡试验法,分析黄土与黄土+HA（在黄土中添加腐殖酸）处理对敌草隆的吸附动力学、吸附热力学、解吸动力学过程及其主要影响因素（如pH、离子强度等）.结果表明:①与黄土相比,黄土+HA对敌草隆的吸附时间较短,且二者均符合颗粒内部扩散模型.②Freundlich等温吸附模型能够较好地拟合黄土及黄土+HA对敌草隆的吸附热力学过程.黄土和黄土+HA对敌草隆的吸附自由能（ΔGθ）、熵变（ΔSθ）均小于0,表明反应是一个自发进行且混乱度逐渐减小的过程;添加HA使黄土对敌草隆的焓变（ΔHθ）由负值变为正值,即由放热过程转化为吸热过程,表明温度升高使HA表面的微孔数量增多,为敌草隆提供了更多的吸附位点.③随着pH的升高,黄土和黄土+HA对敌草隆的吸附量均缓慢减小,当pH>7时吸附趋于平衡.④不同离子（Ca2+、Na+、Mg2+）及离子强度下,黄土和黄土+HA对敌草隆的吸附量随着c（Ca2+）的减小而增大,与同浓度的Mg2+和Ca2+相比,Mg2+存在下黄土对敌草隆的吸附量较大;与同浓度的Ca2+和Na+相比,Na+存在下黄土对敌草隆的吸附量较大.⑤由解吸动力学过程可以看出,添加天然HA可延长敌草隆在黄土中的滞留时间.研究显示,HA的存在提高了敌草隆在黄土中的迁移能力,并使其吸附机制发生了改变.      

水中Cu~(2+)、Ni~(2+)与腐殖酸、膨润土的相互作用研究

研究了Cu2+、Ni2+与腐殖酸以及膨润土与腐殖酸的共存吸附剂的相互作用,考察了相互作用时间、初始pH、温度对相互作用的影响.结果表明,金属离子的去除率随时间增加而增大,吸附量随温度升高而增大.初始pH对Cu2+、Ni2+的去除率影响很大,pH在中性范围附近Cu2+、Ni2+的去除率可以达到最大.吸附动力学实验表明,Cu2+、Ni2+在腐殖酸及共存吸附剂上的吸附符合伪二级吸附速率模型,并得到Cu2+在腐殖酸及共存吸附剂上吸附的活化能Ea分别为17.01和38.49 kJ.mol-1,Ni2+在腐殖酸及共存吸附剂上吸附的活化能Ea分别为15.15和13.35 kJ.mol-1,表明吸附过程以物理吸附为主.Cu2+、Ni2+在腐殖酸及共存吸附剂上的吸附符合Langmuir等温线模型.得到的ΔH0、ΔS0和ΔG0表明金属离子在腐殖酸及共存吸附剂上的吸附是一个吸热、熵增、自发的过程.     

施加牛粪熟肥对黄土吸附双酚A的影响

为研究施加腐熟牛粪对黄土吸附BPA（双酚A）的影响,采用批量平衡试验法,分析不同因素[如黄土粒径、体系温度、初始ρ （BPA）、离子强度、pH等]对BPA在黄土及施加牛粪熟肥黄土上吸附量的影响.结果表明:BPA在黄土中的吸附均符合先快后慢并最终达到平衡的吸附规律,准二级动力学模型能较好地描述其吸附动力学过程.BPA在黄土与施加腐熟牛粪黄土上的解吸量远小于其吸附量,说明吸附-解吸过程中存在解吸滞后性.黄土与施加腐熟牛粪黄土对BPA的热力学吸附过程符合Freundlich等温吸附模型,并且吸附等温线符合L-型吸附等温模式,BPA的吸附吉布斯自由能（ΔGθ） < 0,焓变（ΔHθ） < 0,熵变（ΔSθ） < 0,表明该吸附属于混乱程度减小、可自发放热的吸附过程.影响因素分析结果显示,黄土对BPA的吸附量随其粒径的减小而增大,而不论是否施加腐熟牛粪,其对BPA的吸附量均随体系温度升高而减少,且随初始ρ （BPA）的增加而升高.此外,加入的阳离子（Ca2+、Mg2+）会与BPA形成竞争吸附,不论是黄土还是施加腐熟牛粪黄土,其对BPA的吸附量均随加入阳离子浓度的升高而降低.当pH为3~7时,黄土与施加腐熟牛粪黄土对BPA的吸附量随着pH的升高而增加,而pH为7~10时对BPA的吸附量变化较小,表明该范围内pH变化对黄土与施加腐熟牛粪黄土吸附BPA的影响不明显.研究显示,施加牛粪等腐熟肥可能导致BPA的吸附行为发生改变.      

污泥腐殖酸对Cd2+的吸附特性

为了促进污水处理厂剩余污泥的资源化利用,探索S-HA（sludge-based humic acid, 污泥腐殖酸）对溶液中重金属Cd2+的吸附特性.采用国际腐殖酸协会（IHSS）推荐的方法提取S-HA,通过元素分析、FT-IR（傅里叶红外光谱分析）和SEM-EDS（外观形态分析）等方法,考察溶液pH和共存阳离子对吸附过程的影响,并对吸附过程分别进行了吸附动力学模型、等温吸附模型和吸附热力学模型拟合,同时通过对比S-HA吸附前后的红外光谱和扫描电镜-能谱图片,探索S-HA对Cd2+的吸附机制.结果表明:①S-HA表面呈松散的簇团状,含有大量的羧基、醇羟基和酚羟基等含氧官能团,芳香度较高,含有较多的脂肪链结构;S-HA在吸附水中Cd2+的过程中,Cd2+与S-HA表面上的酚羟基、羧基等官能团发生了络合作用.②S-HA对Cd2+的吸附量随溶液pH升高而增加,溶液中Na+、NH₄+和Ca2+等共存阳离子的存在不利于S-HA对Cd2+的吸附,其中Ca2+的存在对S-HA吸附Cd2+影响最大.③S-HA对Cd2+的吸附由快吸附、慢吸附和吸附平衡3个阶段组成,吸附平衡时间为12 h;吸附过程符合准二级动力学模型,其整体吸附速度由液膜扩散和颗粒内扩散共同控制;吸附等温线符合Freundlich等温吸附模型,25℃下的最大吸附量为19.29 mg/g,Cd2+在S-HA上的吸附是自发吸热反应.研究显示:污水处理厂剩余污泥提取的S-HA对Cd2+具有较好的吸附效果;S-HA对Cd2+的吸附过程同时存在着物理吸附和化学吸附;高pH对S-HA吸附Cd2+有促进作用,而高离子强度对S-HA吸附Cd2+有抑制作用.      

胡敏酸-针铁矿复合胶体对Pb2+的吸附特征

采用批平衡试验法,研究了胡敏酸-针铁矿复合胶体对Pb2+的等温吸附特征及pH值、离子强度、温度及共存Cd2+对复合胶体吸附Pb2+的影响.结果表明:在相同离子强度和温度条件下,pH值升高,最大吸附量(Smax)和吸附平衡常数(k)均增大,有利于吸附反应的进行.等温吸附方程以Langmuir方程拟合效果最好.当Pb2+平衡浓度为124.7mg/L时,吸附量增幅最大,达35mg/g.复合胶体对Pb2+的吸附动力学方程以Elovich方程拟合效果最好.pH值增大,平衡吸附速率提高.在相同pH值和离子强度条件下,温度升高,最大吸附量、吸附平衡常数、自由能变△G°的绝对值均增加,表明升高温度有利于吸附反应的进行.在相同温度和pH值条件下,复合胶体对Pb2+的吸附量随着离子强度的增加而增加.当存在Cd2+时,复合胶体对Pb2+的吸附量有所降低,但Cd2+对Pb2+竞争吸附影响不大.     

Characteristics of isothermal adsorption and desorption of aluminum ion to/from humic acids

The adsorption and desorption characteristics of Al3+ to/from humic acids at di erent pH, ionic strength, and temperature were studied by the C-25 glucosan-gel chromatography method. The results showed that the maximum adsorption amount (Qmax) and adsorption constant (k) increased, whereas, the absolute value of standard thermodynamic molar free energy change ( G0 m) decreased with the increase of pH at constant ionic strength and temperature. With ionic strength increasing from 0 to 0.15 mol/L, Qmax and k increased and the absolute value of G0 m decreased at constant pH and temperature. High temperature was unfavorable for the adsorption reaction, as indicated by the dramatic decrease of Qmax and the absolute value of G0 m with an increase in temperature. The standard thermodynamic molar free energy change ( G0 m) and the standard thermodynamic enthalpy change ( H0m ) of the adsorption reaction were both negative, suggesting that adsorption reaction was spontaneous and exothermic. The desorption rate of HA-Al3+ complex accelerated with the decrease of pH, and a significant linear relationship could be obtained between pH and the desorption rates of Al3+ from humic acids. These results demonstrated that the Al3+ adsorption reaction was a “biphase” reaction, and adsorption occurred at both the interior and exterior adsorption sites of humic acids.     

水化学条件对海泡石吸附重金属镍(Ni2+)离子的影响及其机制研究

本论文用静态实验法研究了重金属镍(Ni2+)离子在海泡石上的吸附行为和机理,考察了平衡时间、pH值、离子强度、腐殖酸、背景电解质阴、阳离子等水化学条件对吸附作用的影响.结果发现:Ni(Ⅱ)在海泡石上的吸附在很短的时间里就可以达到平衡.Ni(Ⅱ)在海泡石上的吸附受体系pH值和离子强度影响很大,在酸性条件下,主要吸附机理是外层络合和离子交换,而在碱性条件下,主要的吸附机理是内层络合.背景电解质阴、阳离子对Ni(Ⅱ)在海泡石上的吸附有一定的促进或抑制作用.在低pH值下,腐殖酸在海泡石上吸附后形成了新的表面络合物而增强Ni(Ⅱ)的吸附,而在高pH值的条件下,腐殖酸存在于吸附体系时,Ni(Ⅱ)的吸附量明显小于Ni(Ⅱ)/海泡石吸附体系.本为的研究结果为环境中重金属离子和放射性核素的危害评估和有效治理提供了很好的参考.     

环境因子对胡敏酸介导下SDZ光解行为的影响

研究了在纯水条件及两种不同来源胡敏酸（HA）介导下,磺胺嘧啶（SDZ）和水稻土胡敏酸（SDHA）、泥炭土胡敏酸（NTHA）的不同浓度、pH值、光敏离子（NO₃^-和Fe³⁺）、离子强度（NaCl）以及金属离子（Ca²⁺、Mg²⁺和K⁺）等环境因子对SDZ紫外光降解的影响.结果表明：光照下,pH=7.1对两种体系的SDZ光降解有促进作用且效果最好.低SDZ浓度（2mg/L）以及低HA浓度（15mg/L）条件下使SDZ光解速率较快.光敏离子中NO₃^-通过光生·OH,促进了纯水中SDZ的光解,但在HA体系中,HA具有猝灭·OH的效应造成SDZ的光解速率低于纯水;Fe³⁺在HA体系下均表现为抑制作用,且抑制强度为NTHA>SDHA.在纯水中SDZ的光解速率随NaCl浓度增加而增加,HA介导下,较低浓度NaCl（C_NaCl=50mmol/L）抑制作用较强.金属离子（K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺）在纯水中对SDZ的光解影响程度较弱,但在HA体系中均表现为抑制作用,抑制强度为K⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺,单价阳离子对SDZ光降解影响较为明显.     

固液界面NOM吸附中疏水效应的影响研究

文章以腐殖酸和纳米Fe2O3为对象,着重研究了腐殖酸分子在纳米Fe2O3表面的吸附过程中的疏水效应,借助红外光谱和热重等分析方法研究了腐殖酸吸附前后的疏水性随溶液环境变化的规律。结果表明,当离子强度为0、0.005、0.01和0.05 mol/kg,pH值从7变到12时,纳米Fe2O3吸附溶解性腐殖酸分子后形成的复合体的热失重量随着pH值的升高先减小后增大。当pH值从7升高到10时,亲水性降低,疏水性增强;当pH值从10升高到12时,亲水性增强,疏水性降低。当离子强度为0.001 mol/kg,pH值从7变到12时,复合体的热失重量随着pH值的升高而减小,亲水性降低,疏水性增强。当pH值为定值,离子强度变化时,纳米Fe2O3吸附溶解性腐殖酸分子后形成的复合体的热失重量随着离子强度的增加不断变化,曲线呈现出波动趋势,亲、疏水性在交替变化。红外光谱分析结果说明,对纳米Fe2O3吸附溶解性腐殖酸分子后形成的复合体的亲疏水性起主要影响的官能团可能是亲水性的羟基-OH、羰基C=O和疏水性的CH2烷烃。     

汞在腐殖酸上的吸附与解吸特征

采用间歇法研究了汞在腐殖酸两组分（富里酸FA、胡敏酸HA）上的吸附－解吸量和动力学特征以及介质pH的影响，结果表明,腐殖酸对汞的吸附容量以FA＞HA，吸附强度以HA＞FA，从而使得解吸量以FA－Hg＞HA－Hg，腐殖酸与汞的吸附和解吸动力学，用Evolich方程描述最佳，且FA对汞的吸附速率和解吸速率都高于HA，在pH15．5以下，介质pH的升高利于腐殖酸更快地吸附更大量的汞，咀更难以解吸。     

富里酸和胡敏酸在蒙脱石上的吸附特性

为进一步揭示有机污染物在黏土矿物上的迁移转化规律,运用1H核磁共振光谱、高效体积排阻色谱、扫描电镜、比表面分析以及傅里叶变换红外光谱等多种分析技术综合分析了富里酸和胡敏酸在蒙脱石上的吸附行为. 结果表明,由于不同官能团与蒙脱石的亲和性不同,富里酸和胡敏酸在吸附过程中均产生组分分级,大分子被优先吸附在蒙脱石表面. 由于疏水性作用,蒙脱石对疏水性更强的胡敏酸的吸附量更大. 蒙脱石吸附富里酸后比表面积和孔容分别下降3.67m2/g和0.005cm3/g,而吸附胡敏酸后则均略微增大,说明具有较大颗粒尺寸的胡敏酸更多地堆积在蒙脱石外表面,而富里酸则更易进入蒙脱石孔隙. 蒙脱石吸附富里酸和胡敏酸后溶液pH分别升高了0.44和0.41,说明发生了配体交换反应. 蒙脱石对富里酸和胡敏酸的吸附量随pH增大和离子强度的降低而减少,表明羟基能够抑制富里酸/胡敏酸负电基团与蒙脱石表面羟基的配体交换反应,而盐离子则能降低蒙脱石和腐殖质间的静电斥力.      

Cu2+共存对磺胺嘧啶在土壤中吸附的影响

选取土壤环境中检出率高的铜和磺胺类抗生素为目标污染物,采用批次平衡试验法研究了在Cu²⁺共存时,磺胺嘧啶（SDZ）在pH值、离子浓度、有机质含量、颗粒粒径等因子影响下的吸附特征,并对吸附前后的土样进行傅里叶红外光谱（FT-IR）表征.结果表明,在不同pH值环境中,Cu²⁺显著提高了SDZ的吸附量;Cu²⁺和Ca²⁺均能与SDZ通过络合反应和离子桥作用促进SDZ的土壤吸附;有机质对SDZ的土壤吸附的影响与共存Cu²⁺浓度密切相关;Cu²⁺对黏粒吸附SDZ的影响较小;FT-IR分析表明,土壤对SDZ-Cu的吸附以物理吸附为主,并伴随氢键作用、表面络合、π-π共轭等作用.Cu²⁺可显著增加SDZ在土壤中持留能力,降低其环境迁移的风险.     

低分子量有机酸影响可变电荷土壤吸附铜的机制

采用平衡实验法研究了水杨酸和邻苯二甲酸对砖红壤吸附铜的影响,并通过吸附铜的解吸实验探讨了有机酸对铜吸附的影响机制.结果表明,有机酸可以增加土壤对铜的吸附量,与对照相比,有机酸体系中吸附的铜的解吸量高.有机酸对铜吸附的影响随体系pH值的增加而增大,约在pH4.3(水杨酸体系)或pH4.5(邻苯二甲酸体系)达最大,然后逐渐减小.土壤对有机酸的吸附量越高,有机酸对铜吸附的影响程度越大.有机酸可以通过形成表面三元络合物和改变土壤的表面电荷2种机制影响土壤对铜的吸附.水杨酸体系中铜的解吸增量与吸附增量的百分比在76%～89%之间,说明水杨酸主要是通过增加土壤表面的净负电荷量来增加铜的静电吸附量.