EXAFS研究Zn在δ-MnO2上的吸附-解吸机理

用延展X-ray吸收精细结构光谱(EXAFS)研究了重金属Zn(Ⅱ)在δ-MnO2上吸附产物的微观结构及其吸附机制.在pH 5.50,0.1mol/L NaNO3介质中,吸附在δ-MnO2表面上Zn(Ⅱ)以六配位的水合离子八面体形式存在.水合锌离子八面体从δ-MnO2层状结构的空位上下方,与δ-MnO2的结构单元MnO6八面体通过共用O原子结合,形成角-角结合的弱吸附,Zn-O平均原子间距为(2.071±0.007)A(n=3),Zn-Mn平均原子间距为(3.528±0.006)A(n=3).在同一条等温线上随着吸附量增加,以角-角结合的弱吸附形式基本上没有变化.宏观的吸附-解吸实验结果显示Zn(Ⅱ)在δ-MnO2上的吸附可逆性很高,解吸等温线和吸附等温线几乎重合在一起EXAFS结果从分子水平表明,Zn(Ⅱ)在δ-MnO2上的高吸附可逆性是由角-角形式弱吸附所导致的.     

用EXAFS研究Zn(Ⅱ)在γ-MnOOH上的吸附热力学行为

用延展X射线吸收精细结构光谱(EXAFS)研究了不同温度下重金属Zn(Ⅱ)在水锰矿(γ-MnOOH)上吸附产物的微观构型,从微观角度研究了宏观的吸附热力学行为.宏观热力学实验结果表明,Zn(Ⅱ)-水锰矿体系的吸附反应是吸热反应,随着温度的升高吸附量显著升高,不可逆性明显减小.EXAFS结果表明,Zn(Ⅱ)主要是通过共用水合Zn(Ⅱ)离子的O原子及水锰矿表面上的O原子形成Zn-O键,从而结合到水锰矿固体表面上,其平均Zn-O原子间距为(2.01±0.01)×10-10m.同时,对第二配位层(Zn-Mn相互作用)的EXAFS图谱分析证明,存在2个典型的Zn-Mn原子间距,即R1=(3.06±0.02)×10-10m(边-边结合的强吸附)和R2=(3.52±0.02)×10-10m(角-角结合的弱吸附).当温度升高时,强吸附位基本不变而弱吸附位增加,两者比值(N1/N2)由0.428降至0.158.该比值的变化从微观角度解释了宏观吸附-解吸等温线中吸附量增加、不可逆性减小的实验现象.     

环境化学

X13 200400645 EXAFS研究zn在δ-MrO2上的吸附-解吸机理/ 潘纲(中科院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室)…∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2003,24(4).-54-59 环图X-5 用延展X-ray吸收精细结构光谱(EXAFS)研究了重金属Zn(Ⅱ)在δ-MnO2上吸附产物的微观结构及其吸附机制。在pH5.50,0.1mol/LNaNO3介质中,吸附在δ-MnO2表面上zn(Ⅱ)以六配位的     

EXAFS研究Zn在δ-MnO2上的吸附-解吸机理

用延展X-ray吸收精细结构光谱(EXAFS)研究了重金属Zn(Ⅱ)在δ-MnO₂上吸附产物的微观结构及其吸附机制.在pH 5.50,0.1mol/L NaNO₃介质中,吸附在δ-MnO₂表面上Zn(Ⅱ)以六配位的水合离子八面体形式存在.水合锌离子八面体从δ-MnO₂层状结构的空位上下方,与δ-MnO₂的结构单元MnO₆八面体通过共用O原子结合,形成角-角结合的弱吸附,Zn-O平均原子间距为(2.071±0.007)A(n=3),Zn-Mn平均原子间距为(3.528±0.006)A(n=3).在同一条等温线上随着吸附量增加,以角-角结合的弱吸附形式基本上没有变化.宏观的吸附-解吸实验结果显示Zn(Ⅱ)在δ-MnO₂上的吸附可逆性很高,解吸等温线和吸附等温线几乎重合在一起EXAFS结果从分子水平表明,Zn(Ⅱ)在δ-MnO₂上的高吸附可逆性是由角-角形式弱吸附所导致的.     

δ-MnO_2对Cr(Ⅲ)氧化动力学特征

采用分步离心法研究了δ-MnO2对Cr(Ⅲ)的氧化动力学.结果表明,δ-MnO2对Cr(Ⅲ)的氧化反应可以用一级动力学方程分段拟合.氧化反应是由2个速率不同的一级反应组成,Cr(Ⅲ)溶液在高浓度(400μmol/L)条件下,也可以用扩散方程和Elovich方程分段拟合.温度升高显著增加快反应阶段速率常数.随着反应的进行,MnO2表面吸附的Cr(Ⅵ)/Mn(Ⅱ)逐渐减小并远小于理论值(0.667),MnO2表面吸附的Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)和Mn(Ⅱ)只占总量的0.1%～3%.溶液中的Cr(Ⅵ)/Mn(Ⅱ)逐渐减小并接近理论值.所以Mn(Ⅱ)向溶液中的扩散滞后于Cr(Ⅵ).Cr(Ⅲ)的氧化反应的速率控制步骤,在低浓度条件下是Cr(Ⅲ)的扩散和吸附,在高浓度条件下是Mn(Ⅱ)向溶液中的扩散.     

γ-MnO_2对Tl(Ⅰ)的吸附性能

通过静态批处理吸附试验,研究了γ-MnO2对Tl(Ⅰ)(铊)的吸附性能,考察了溶液的pH、离子强度、γ-MnO2投加量、接触时间、初始ρ〔Tl(Ⅰ)〕和温度等因素对吸附的影响.结果表明:在pH为2~3的酸性溶液中,γ-MnO2对Tl(Ⅰ)的吸附容量随着pH的增大而减小;当pH为4~6时,吸附容量随pH的增加而迅速增大;而当pH6时,吸附达到平衡.γ-MnO2对Tl(Ⅰ)的吸附量随着离子强度的降低、γ-MnO2投加量的减小而增大.γ-MnO2对Tl(Ⅰ)的吸附在15min内达到平衡,并满足准二级动力学方程.在温度为288、303、318K的条件下,初始ρ〔Tl(Ⅰ)〕为10~1000mg/L时,最大饱和吸附量分别为53.04、49.05、45.03mg/g,符合Freundlich吸附等温方程.γ-MnO2对Tl(Ⅰ)的吸附过程是自发的放热过程.脱附研究表明,γ-MnO2表面的吸附行为属离子交换,并受离子强度影响.试验证明,γ-MnO2是一种极具潜力的Tl(Ⅰ)吸附剂.     

牛血清白蛋白对Ni2+与δ-MnO2间吸附平衡的影响

研究了溶液中牛血清白蛋白(BSA)的存在对Ni2 与δ-MnO2衡性质的影响.结果表明, BSA存在时Ni2 在δ-MnO2表面的吸附率'pH曲线仍为典型的"S"形, BSA使Ni2 的吸附突跃向高pH方向移动,影响程度与BSA的加入方式及浓度有关,其大小次序为Ⅳ(先加BSA后加Ni2 ),Ⅲ(N2 和BSA同时加)≈Ⅱ(先加Ni26 后加BSA).BSA存在时Ni2 的等温吸附线很好地遵循Langmuir等温吸附方程, Ni2 的饱和吸附量与BSA的加入方式有关,其大小次序为I(不加BSA)>Ⅱ.m,Ⅳ.升高温度促进Ni2 的吸附.在pH:4.0和pH:7.0条件下, Ni2 在δ-MnO2上的吸附均是不可逆的, BSA对Ni2 的吸附可逆性没有影响.     

δ-MnO2膜-蒙脱石复合体对次甲基蓝的氧化降解与吸附去除

合成了δ-MnO2及不同Mn含量（4.8%、25.5%、34.9%）的3种δ-MnO2膜-蒙脱石复合体（FHT-1、FHT-2、FHT-3）.在模拟酸性环境中（pH = 4.0、4.7、5.5）,通过膜分离和加入强还原剂两种实验方法定量探讨了以颗粒态和膜形态存在的δ-MnO2的吸附和氧化作用各自在次甲基蓝脱色中的相对贡献及环境地球化学意义.结果表明,在pH = 4.0~5.5范围内,膜态δ-MnO2对次甲基蓝的氧化脱色率随pH降低而升高,吸附脱色率随pH降低而降低.蒙脱石的存在阻碍了δ-MnO2的结晶,增加了其无定形程度,致使膜态δ-MnO2比颗粒态δ-MnO2具有更强的氧化活性,能更有效地氧化有机物次甲基蓝.由于锰氧化物膜在自然环境中广泛存在,以前用颗粒态锰氧化物模拟研究对有机物的非生物氧化可能在一定程度上低估了天然锰氧化物的氧化效率.     

δ-MnO2/水界面17β-雌二醇的氧化转化

采用化学合成的新生态水合δ-MnO2为氧化剂,研究其对17β-雌二醇(E2)氧化转化的反应动力学,考察相关因素(如pH、δ-MnO2投加量等)对氧化转化的影响,并通过气相色谱质谱联用仪(GC/MS)分析δ-MnO2氧化转化E2的产物,探讨氧化转化的反应机制.结果表明,E2对新生态水合δ-MnO2的氧化作用具有较强的反应感受性,且在pH值一定和δ-MnO2充分过量的条件下,E2氧化转化的反应动力学并不是简单的准一级反应动力学,而是遵循复合的反应动力学.E2的氧化转化速率与δ-MnO2的投加量呈正相关,在δ-MnO2投加量为c(E2)∶c(MnO2)=1∶100时,反应体系中的δ-MnO2已足够,E2浓度在8h内降低了90%以上.E2的氧化转化速率与pH值的增加呈负相关,pH为4.0时,E2在0.25h内去除率达到95%,而在pH为6.8和9.0时,E2在1h内只去除了80%和75%.另外,在反应过程中检测到了2个主要产物,分别为雌酮(E1)和2-羟雌二醇,并在此基础上结合相关文献提出了氧化转化流程.     

用EXAFS研究Zn在水锰矿上的吸附-解吸机理

用延展X光吸收精细结构光谱(EXAFS)研究了重金属Zn(Ⅱ)在水锰矿(γ-MnOOH)上吸附产物的微观结构及其吸附机理.结果表明,Zn(Ⅱ)-水锰矿体系中(pH 7.5,0.1mol/LNaNO₃介质,25℃),Zn²⁺主要是通过共用水合Zn²⁺的O原子及水锰矿表面上的O原子形成Zn-O键,从而结合到水锰矿固体表面上的.平均Zn-O原子间距为1.998±0.010 A(n=3).这个Zn-O键键长是六配位的Zn(H₂O)²⁺₆及其水解产物四配位的Zn(OH)₂或Zn(OH)₄^2-各以一定比例混合吸附于水锰矿表面而形成的.同时,对第二配位层(Zn-Mn相互作用)的EXAFS图谱分析证明存在2个典型的Zn-Mn原子间距,即R₁=3.08±0.024A(n=3)和R2=3.54±0.018 A(n=3).这2个Zn-Mn原子距分别对应于水锰矿结构单元MnO6八面体与Zn水合离子ZnO多面体结合的2种方式,即共用2个O原子的边-边结合与共用1个O原子的角-角结合.边-边结合是较强的吸附位,Zn-Mn原子距较短(R₁=3.08A),吸附较不可逆.角-角结合是较弱的吸附位,Zn-Mn原子距较长(R₂=3.54A),吸附较为可逆.这一结果从微观上证明了亚稳平衡态吸附理论(MEA理论)的基本假设,即具有相同吸附密度的同一吸附质由于吸附力强弱以及微观构型的不同可具有不同的化学位,因而证明了修正传统吸附热力学的基本假设(吸附密度为热力学状态函数)的必要性.宏观的吸附-解吸热力学实验表明Zn(Ⅱ)在水锰矿上的吸附是不可逆的,EXAFS结果指出这种不可逆性主要是由Zn水合离子中ZnO多面体与水锰矿结构单元MnO₆八面体之间的边-边结合所导致的.     

金属离子对δ-MnO2 去除对叔辛基酚抑制作用的研究

研究了pH 4.0的水溶液中各种金属离子对合成的δ-MnO2去除对叔辛基酚(4-t-OP)的影响.实验表明反应150 min时,δ-MnO2对4-t-OP的去除率达到100%,但当反应体系中含有金属离子时,去除效果受到抑制.抑制效果随金属离子浓度的增加而增大,并随金属离子的不同表现出较大的差异.在pH 4.0条件下,Pb2+和Mn2+的抑制效果最强,其次为过渡金属离子,再次是碱土金属离子,而碱金属离子基本上不产生抑制作用.还比较了δ-MnO2对多种金属离子的吸附能力,其对Pb2+的吸附作用最强,在其余的金属离子中,对过渡金属离子的吸附量稍大于碱土金属离子.结果表明,金属离子所产生抑制作用的源于其占据了δ-MnO2表面反应位点并与4-t-OP形成竞争,而抑制作用大小的差异主要来源于δ-MnO2与金属离子间吸附作用强弱的差别,MnO2表面结构的变化,以及溶液中自由态金属离子的分布比例及其离子半径的不同.     

不同状态MnO2对废水中As(III)的吸附研究

利用MnO2对含As(III)废水进行了吸附实验, 结果表明, MnO2对As(III)有着较强的吸附能力, 其饱和吸附量为44.06mg/g(δ-MnO2)和17.9mg/g(ε-MnO2), 阴离子的存在使MnO2吸附量有所下降, 一些阳离子(如Ga3+、In3+)可增加其吸附量, 吸附后的MnO2经解吸后可重复使用.     

二氧化锰氧化降解乙炔基雌二醇的动力学研究

研究了化学合成的新生态δ-MnO2对乙炔基雌二醇(EE2)的氧化降解动力学,并且考察了δ-MnO2投加重、EE2初始浓度、初始pH值等因素对EE2降解动力学的影响.结果表明:EE2对新生态水合δ-MnO2的氧化作用具有较强的反应感受性,且在pH值一定和δ-MnO2充分过量的条件下,EE2氧化降解的反应动力学并不是简单的...     

新型环糊精聚合物对Zn2+的吸附研究

以β-环糊精(β-CD)和聚酰胺-胺(PAMAM)为原料,合成了新型环糊精聚合物(PAMAM-CD),并用元素分析、扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FT-IR)对其进行了表征.提出了PAMAM-CD与Zn2+最可能的5种配位方式,研究了PAMAM-CD对Zn2+的吸附动力学及等温吸附特性.结果表明:吸附平衡时间为300min,最佳pH值为5~6.5,吸附量达0.78mmol/g.吸附过程符合伪二级动力学模型,速率控制步骤为粒内扩散控制,吸附等温线符合Freundlich模型.在288,298,303,308K时,ΔG分别为-2.139,-2.417,-2.188和-2.218 kJ/mol,表明PAMAM-CD对Zn2+的吸附是一个自发过程.     

δ-MnO_2降低无机三价砷毒性的研究

文章利用自制的δ-MnO2对剧毒性无机A(sⅢ)进行了氧化吸附过程的实验室研究,考察了反应进程中各形态砷的变化,同时进一步对与高浓度A(sⅢ)反应前后δ-MnO2的结构和形貌进行了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)鉴定。实验结果表明,δ-MnO2通过氧化和吸附作用对A(sⅢ)的毒性去除效果显著,60 min内溶液中A(sⅢ)消失了72.3%。形态学研究表明,反应前后δ-MnO2的XRD图没有明显变化;而SEM图显示,反应后δ-MnO2的蜂窝状结构其固体孔隙比反应之前明显变小;EDX的数据显示δ-MnO2固体中出现了一定含量的As元素;δ-MnO2反应前后Raman光谱的吸收强峰由649 cm-1处变化到865 cm-1处,也表明出现了一部分可以永久固定在δ-MnO2固体内的A(sV)。该研究认为,δ-MnO2具有较强氧化和吸附活性,可以大大降低三价无机砷的毒性。     

重金属在松花江沉积物中的竞争吸附行为及pH的影响

研究了复合污染的重金属体系(多元体系)中松花江沉积物吸附Hg2+,Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的热力学和动力学特征,以及pH对重金属吸附量的影响. 结果表明:Langmuir吸附等温线可以很好地描述多元体系中沉积物吸附重金属的热力学过程,沉积物吸附5种重金属离子能力的顺序为Hg2+>Cu2+>Pb2+>>Zn2+> Cd2+. 在相同的条件下,与单一体系相比,多元体系中Pb2+,Zn2+和Cd2+吸附量减小的程度远远大于Hg2+和Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的吸附量分别减少了31.9%,32.1%和68.1%. 一级动力学方程和Langmuir动力学方程可以较好地描述沉积物吸附Hg2+,Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的动力学过程. 沉积物对5种重金属的吸附速率为Cd2+>Zn2+>Pb2+>Cu2+>Hg2+. 沉积物对Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的吸附能力随pH的降低而减小,pH的降低造成锰氧化物的溶解,可能在一定程度上影响沉积物对重金属的吸附能力.      

改性柚皮粉对水中Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附

基于柚皮中富含纤维素、木质素、多糖等可与重金属发生络合、螯合作用的物质,将农林及生活废弃物柚子皮作为重金属离子的吸附剂。采用经NaOH改性的柚皮粉吸附水中Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)。考察了pH、吸附时间、改性柚皮粉用量以及Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)初始浓度等因素对吸附的影响,测定了吸附等温线,对等温吸附规律及动力学进行了探讨。结果表明,pH、吸附时间、改性柚皮粉用量、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)初始浓度等因素对吸附效果均有影响。吸附Cu(Ⅱ)的适宜条件为:pH5.4～5.5,吸附时间10min,改性柚皮粉用量0.2g/100mL,Cu(Ⅱ)初始浓度20～80mg/L。在该条件下,Cu(Ⅱ)去除率达95%以上。吸附Zn(Ⅱ)的适宜条件为:pH5.5～5.6,吸附时间60min,改性柚皮粉用量0.4g/100mL,Zn(Ⅱ)初始浓度小于80mg/L。在该条件下,Zn(Ⅱ)去除率达90%以上。等温吸附规律可用Freundlich和Langmuir模式较好地描述,吸附呈单分层形式,吸附性能良好。吸附动力学规律符合准一级、准二级和Elovich动力学模型。     

纳米活性氧化铝负载磁性纳米零价铁对不同重金属的吸附机理

采用液相还原法将纳米零价铁（nZVI）均匀负载在纳米活性氧化铝（γ-Al₂O₃）表面和孔道内壁上,制备出磁性纳米零价铁/活性氧化铝复合材料（nZVI/γ-Al₂O₃）并对其进行了表征,模拟了5种典型重金属离子Zn（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）、Mn（Ⅱ）在nZVI/γ-Al₂O₃上的吸附等温线和动力学,并研究了多元重金属离子体系中竞争吸附和协同吸附行为.结果表明,磁性纳米零价铁负载在纳米活性氧化铝上,不仅克服了因体积效应和表面界面效应所导致的nZVI颗粒团聚,而且使nZVI仍处于稳定的高表面能状态.nZVI/γ-Al₂O₃复合材料兼具高表面积、高还原性和高表面活性,其对Zn（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）、Mn（Ⅱ）离子表现出了良好的吸附性能,单一重金属离子的饱和吸附容量分别为53.0、74.9、114.7、99.1、42.9 mg·g^-1.在多元重金属离子体系中5种重金属离子存在竞争吸附和协同吸附作用.当pH为6.67,吸附剂投加量为0.5 g·L^-1,各重金属离子初始浓度为10 mg·L^-1时,300 min内Cr（Ⅲ）、Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）的去除率分别高达99.9%、99.9%、99.9%、81.7%,处理后Cr（Ⅲ）、Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）平衡浓度均低于检出限,Mn（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）平衡浓度分别为1.9 mg·L^-1和6.4 mg·L^-1;在多元体系下Zn（Ⅱ）与其他金属离子存在协同吸附,但Cd（Ⅱ）与其他重金属离子存在竞争吸附,其去除率仅为37.7%.因此,nZVI/γ-Al₂O₃复合吸附材料用于去除废水中典型重金属具有良好的应用前景.     

巯基化稻壳炭吸附废水中Zn(Ⅱ)试验研究

通过巯基乙酸改性稻壳炭去除废水中的Zn(Ⅱ),研究溶液的pH、反应温度和时间以及解吸对巯基化稻壳炭(RD350)吸附效果的影响,并对改性材料进行扫描电镜(SEM)和X射线能量色散谱(EDS)分析。结果表明:通过化学改性向稻壳炭引入巯基,改性稻壳炭的表面变得更加光滑,孔隙增大,且表面功能基团—SH含量增加,有利于提高对Zn(Ⅱ)的吸附能力。RD350适用的pH范围较宽(6~8),25 ℃时在300 min达到吸附平衡,吸附过程符合假二级动力学方程,为吸热反应。通过阿伦尼乌斯(Arrhenius)经验方程计算其活化能可知,吸附为活性化学吸附。由Langmuir吸附等温线方程计算可得,RD350对Zn(Ⅱ)的理论饱和吸附量为11.26 mg∕g,结合解吸可知该吸附剂对Zn(Ⅱ)的吸附有较好的固持性,具有一定的吸附效果。     

毛木耳和白木耳子实体对Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附特性研究

通过批量实验研究了毛木耳(Auricularia polytricha)子实体和白木耳(Tremella fuciformis)子实体对水溶液中不同浓度的Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附能力和吸附动力学特性.此外,研究了多种离子共存对吸附效果的影响,以及吸附剂在多重金属混合溶液中对各重金属离子的吸附量大小顺序.结果表明,毛木耳子实体对单金属溶液中Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的最大吸附量分别为18.91、18.69、20.33和12.42mg·g-1,最大去除率在实验设置条件下均在85%以上;白木耳子实体对单金属溶液中Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的最大吸附量分别为19.98、20.15、19.16和16.41mg·g-1,最大去除率在实验条件下均在75%以上.在初始浓度分别为10、50和100mg·L-1的溶液中,随初始浓度的增加,菌体对重金属的吸附量增加,但去除率下降.准二阶模型比准一阶模型能更好地描述吸附动力学过程.2种吸附剂对多金属溶液中重金属离子吸附量的大小均呈现Pb(Ⅱ)Cu(Ⅱ)Zn(Ⅱ)Cd(Ⅱ)的吸附规律,电负性大的金属离子被优先吸附.溶液中其它重金属离子的存在使白木耳子实体对Pb(Ⅱ)的吸附量上升,而使毛木耳子实体对4种离子和白木耳子实体对其它3种离子的吸附量下降.研究发现,毛木耳和白木耳子实体都是潜在的生物吸附剂.