文档介绍：第三章水环境化学
Aquatic Environmental Chemistry
第二节 水中无机污染物的迁移转化
无机污染物,特别是重金属和准金属等污染物,一旦进入水环境,均不能被生物降解,主要通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行迁移转化,参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程。
环境化学两个要素要记住:污染物和介质。
一、水-颗粒物间迁移
1、水中颗粒物的类别
(1)金属水合氧化物
Al, Fe, Mn, Si等在天然水中以无机高分子及溶胶等形式存在。
Al 在水中的主要形态是Al3+、Al(OH)2+、Al2(OH)24+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等无机高分子。
Fe 在水中的主要形态是 Fe3+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+、Fe(OH)2+、Fe(OH)3、等无机高分子。
H 4SiO4 聚合成无机高分子:SinO2n-m(OH)2m。
(2)矿物微粒和粘土矿物:主要为石英(SiO2 )、长石
(KAlSi3O8 )、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物。
粘土矿物:具有胶体性质、片层结构
(3)腐殖质:带负电的高分子弱电介质,富里酸、腐殖酸和
腐黑物。在不同 pH 下,展现不同立体结构。
(4)水体悬浮沉积物:粘土为核心骨架,金属氧化物及有机
质结合在表面。
(5)其他:藻类、细菌、病毒和表面活性剂、油滴等。
(1)几种吸附作用概念
表面吸附:胶体表面具有巨大的比表面和表面能,胶体表面积越大,吸附作用越强。
离子交换吸附:环境中大部分胶体带负电荷,容易吸附各种阳离子。胶体每吸附一部分阳离子,同时也放出等量的其他阳离子,这种作用称为离子交换吸附作用,属于物理化学吸附。该反应是可逆反应,不受温度影响,交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂的性质有关。
2、水环境中颗粒物的吸附作用
专属吸附:指在吸附过程中,除了化学键作用外,尚有加
强的憎水键和范德华力或氢键作用。该作用不单可以使表
面点荷改变符号,还可以使离子化合物吸附在同号电荷的
表面上。
项目
离子交换吸附
专属吸附
作用
离子交换作用
范德化力、化学键、氢键、增水键
电性
同种电性不发生
同种电性发生
表面电荷
不变
可变
动力学
快速可逆
不可逆慢过程
专属吸附特点:
1、这种吸附作用发生在胶体双电层的stern层中,被吸附的
金属离子进入Stern层后,不能被通常提取交换性阳离子的提
取剂提取,只能被亲和力更强的金属离子取代,或是在强酸
性条件下解吸。
2、它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面
也能进行吸附作用。
水合氧化物对金属离子(+)的专属吸附与非专属吸附的区别
项目
非专属吸附
专属吸附
发生吸附的表面净电荷的符号
-
-、0、+
金属离子所起的作用
反离子
配位离子
吸附时所发生的反应
阳离子交换
配位体交换
发生吸附时要求体系的pH值
>零电位点
任意值
吸附发生的位置
扩散层
内层
对表面电荷的影响
无
负电荷减少
正电荷增加
(2)吸附等温线和等温式:在固定温度下,当吸附达到平
衡时,颗粒物表面的吸附量(G)与溶液中溶质平衡浓度
(c)之间的关系可用吸附等温线表达。
Henry 型等温线为直线型
G = k · c k:分配系数
Freundlich 型等温线
G = k · c · exp(1/n) lgG = lgk + 1/n lgc
Langmuir 型等温线
G = G0· c /(A+c) 1/G = 1/G0 + (A/ G0)(1/c)
G0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量;
A——常数。
吸附:指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。
常见的吸附等温线
当溶质浓度甚低时,可能在初始阶段呈现 H 型,当浓度较
高时,可能表现为 F 型,但统一起来仍属于 L 型的不同区段。
1/G
L型 1/c
G
G0/2
0 A L型 c
G
F型 c
G
H型 c
未达到饱
和时适用
lgG
F型 lgc
lgK
n是一个经验
值,不是由一个
过程控制,一般
适用于有机物
单分子吸附
适用于金属