重金属在氧化物表面的吸附形态.pdf

第卷 年土壤学报〕玉,,重金属在氧化物表面的吸附形态‘周代华李学垣徐凤琳华中农业大学,武汉一无七协今,,,关键词重金属离子,专性吸附,针铁矿,电解 质浓度关于水合物氧化物对重金属离子的专性吸附的机理,虽然目前看法不 同,但对专性吸附在方法论上的定义则是基本一致 的,即在 中等或高浓度 的碱或碱土金属离子存在时,则氧化物对微量重金属产生吸附作用川很多资料也表明随加人的碱或碱土金属离子浓度增加,重金属离子吸附量减少,’这些也被看作是专性吸附方法论定义的合理性的证据,因为在上述条件下,重金属吸附量 的减少被认为是碱或碱土金属离子抑制了其非专性吸附的结果但是,当加人碱或碱土金属离子,实际上是 引入了较高浓度的电解质由于氧化物这类可变 电荷胶体的表面性质受 电解质浓度影 响较大,因此 当增加碱或碱土金属离子的浓度,可能产生 与众多文献相反 的结果,即出现重金属离子吸附量随电解质浓度的增加而增加的现象,目前有关这方面的工作较为少见因此,对这方面的研究无疑具有重要的理论和实际意义本文以针铁矿为对象,研究在不 同电解质浓度条件下重金属铜离子吸附行为的变化,并对专性 吸附、非专性吸附与电解质浓度的关系进行了探讨。

材料与方法针铁矿的合成及电荷零点的测定针铁矿按文献的方法合成针铁矿经电渗析纯化处理至无离子反应,℃条件下烘干后备用国家 自然科学基金和国家教委高校博士点专项基金资助项目收稿日期一一收到修 改稿日期习一期周代华等重金属在氧化物表面的吸附形态十的吸附与解吸分别称取上述氧化物若干份于 试管中,加人十浓 度 相同,相同的一溶液而,土℃下振荡,平衡后离心,测定上清液的值及其中十浓度,计算其吸附量上述吸附,后的样品弃去上清液,立 即分别加人均控制在的去离子水和浓度为、、、、的溶液按吸附实验条件进行解吸测定解吸平衡液的和的浓度,根据吸附平衡后残留液的重量进行校正后,计算不同浓度时的解吸率结果与讨论电解质浓度与十吸附图的结果表 明,随浓度增加,即随电解质浓度增加,重金属离子的吸附量反而增加此时影 响十吸附的主要因素显然不是十离子的竞争,而是另有与之截然不同的机制在起作用‘国岛图甘丹己曰‘确口︵︶哥盖彭十门口一一图针铁矿吸附率一浓度的负对数关系 曲线针铁矿悬液—飞浓度的负对数关系从图可见,随浓度 的增加,了吸附平衡液的值显著升高由于金属离子的吸附总是伴随着质子的释放,因此,的升高很明显是 由于阴离子的同时吸附。

由于针铁矿 的 电荷零点较高,在 实验条件下表面带有较多 的正 电荷,因此 吸附有较多的交换性一,并且加人浓度越高,犷从针铁矿表面置换下来进人溶液的一越多这样使升高越多由此可见,是影响重金属离子吸附的最重要的因素对针铁矿一溶液体系,升高导致二价重金属离子水解趋势大大加强对十巩一离子不断增加,它更易被针铁矿表面吸附,因此其结果表现为随浓度增加,,十吸附量反而增加,这与相应条件下 的溶液的显著上升是一致的但是这一结土壤学报卷果并不能肯定十在针铁矿表面的专性吸附随浓度或的增加而增加对针铁矿这类恒 电位表面,单纯增加或减 少 电解质 的浓度只能改变表面电荷密度,不会改变表面电位的高低和一则是表面电位的决定离子,的变化不仅影响表面电位大小,而且改变表面 电荷性质在本实验 中,电解质浓度增加,上升,降低了针铁矿表面正电位,促进了“的吸附上述结果表明,在利用碱或碱土金属离子 的竞争作用抑制重金属离子的交换性或静 电吸附时,必须 同时考虑 随碱或碱土金属离子一起进人体系的阴离子的影响因为在一定条件下,阴离子的影响甚至会超过我们想要研究的阳离子的影响仇浓度与’解吸率口占‘︵冰︶铸彭族一味吸附时加人的浓度△一△,住一,刀一,图针铁矿表面『十解 吸率—浓度 的负对数关系也难以归属于通常所说的非专性吸附态。

明确在解吸实验 中,采用不同浓度的作为解 吸剂由图可见,干在针铁矿表面的解吸率随忡压浓度 的增加而降低,在解吸剂为去离子水时其解吸率最大迄今为止,文献报道的结果大都是随电解质浓度增加,金属离子的解吸率也增加本文报道 的属较新的实验现象产生这一结果 的原因显然也是 由于于从针铁矿表面交换下来的一使体系升高,不利于十的解 吸,相反却大大加强了十在针铁矿表面的吸附结果表现为随浓度增加,,解吸率显著下降这与相应条件下的溶液的显著上升是一致的对电解质浓度较高的样品,其在相同条件下的解吸率要高于吸附时无支持 电解质的样品结合吸附实验的结果,可以推测,十在 中等或高浓度的碱或碱土金属离子存在时,仍有相 当数量的非专性吸附并且去离子水解吸的量最高,显然 此 时解 吸下来的,十既不属于专性 吸 附态,这部分属于何种形态,尚需进一步的研究来由于无法排除陪伴阴离子 的影 响,使得讨论重金属离子的专性吸附和重金属离子的解吸变得比较困难为抑制重金属离子 的非专性吸附,尽可能的将非专性吸附的金属离子解吸下来,人们总是希望通过增加碱或碱土金属离子的浓度来实现这一目的但随着碱或碱土金属离子的引人,等量 的阴离子也 同时进入我们要研究的体系。

实际上此时影响金属离子吸附的因素很复杂,不仅仅是 中等或高浓度的碱或碱土金属离子的竞争作用还包括 电解质浓度或事实上 陪伴阴离子对针铁矿表面 电荷性质的重要影 响而后者的影响在一定体系和一定条件下会大大超过 中等或高浓度 的碱或碱土金属离子的简单竞争作用可见,即使对较简单的人工模拟 的纯体系,情况也比人们想象的要复杂很多对氧化物一溶液体系,有关研究陷人两难的困境一方面,为抑制重金属离子的非专性吸附或尽可能的将其解吸期周代华等二重金属在氧化物表面的吸附形态下来,应该尽可能的提高碱或碱土金属离子的浓度,以充分利用它们的竞争作用另一方面,相同浓度 的阴离子也随之进人体系,将表面的部分一代换下来,从而促进重金属离子的吸附,而后一影响甚至可能超过前者这样对区分氧化物表面重金属离子的专性吸附与非专性吸附的实验工作带来很大 困难土壤胶体界面化学理论基本上是在研究温带恒电荷土壤的基础上发展起来的在应用有关理论解释带可变 电荷的氧化物的一些 实验现象时,在应用根据这些理论建立起来的实验方法研究带可变电荷的氧化物时,会遇到一些反常的情况例如,大多温带土壤带永久负电荷,其表面吸附的十离子大大超过一离子,一般在中性盐溶液 中的较在水中为低,所以重金属离子在这类胶体表面的吸附量 随电解质浓度的增加而减少但是富含铁铝氧化物并带有较多正 电荷 的红壤、砖红壤,有 时吸附的交换性一可超过交换性,以致其在 中性盐溶液的反而比在水中高。

可以推测,重金属离子的吸附量随电解质浓度的增加 而增加因此必须发展和建立适合可变 电荷胶体特性 的表面化学理论和实验方法,这不仅可以丰富土壤胶体界面化学理论,而且具有重要的实际意义参考文献陈家坊,土壤中的粘粒氧化物见土壤化学原理于天仁主编一页,科学出版社,,,,,一坟,甲一周代华,李学垣,徐凤琳,电解质浓度对铁铝氧化物表面解 吸 重 金 属离子 的影 响及原因科学通报,,一,,,甲汕十印一一幻,,,,,长甲『,川园一一一一一于 天仁,上壤化学原理一页,科学 出版社。