【摘 要】
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鉴于铅锌矿等金属矿区土壤重金属污染问题日益严重,其治理已成为非常有价值的课题研究,找出一种既经济又快速有效的方法是很有必要的。目前,物理吸附法是治理金属矿区土壤重金属污染最广泛的方法之一。黏土矿物因其结构特殊性、经济效益高、分布广泛和容易大量开采等优势逐渐进入人们的视线。高岭石虽具有分布广、储量多和便于获得等优点,但去除重金属离子的效果不是很理想,有研究表明,对高岭石进行尿素插层改性可以提高其吸附
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鉴于铅锌矿等金属矿区土壤重金属污染问题日益严重,其治理已成为非常有价值的课题研究,找出一种既经济又快速有效的方法是很有必要的。目前,物理吸附法是治理金属矿区土壤重金属污染最广泛的方法之一。黏土矿物因其结构特殊性、经济效益高、分布广泛和容易大量开采等优势逐渐进入人们的视线。高岭石虽具有分布广、储量多和便于获得等优点,但去除重金属离子的效果不是很理想,有研究表明,对高岭石进行尿素插层改性可以提高其吸附能力和稳定性。本文通过Materials Studio模拟软件,选用对人体无害,可作为化肥且质优价廉的尿素作为插层剂,构建高岭石-尿素插层复合体模型,根据高岭石-尿素插层复合体的XRD和热重分析,通过计算间接推导出复合体中高岭石层间域可插入的尿素分子的数量为8、9和10。在此基础上,运用分子力学、蒙特卡洛以及分子动力学等模拟方法,在268K、283K和298K的温度下分别对Pb2+、Zn2+和Cd2+进行单独吸附和竞争吸附研究并做出比较。结果表明:三种不同尿素分子含量的复合体单独吸附时都是放热的物理吸附行为,吸附量和吸附热都有Pb2+＞Cd2+＞Zn2+的趋势;在对重金属离子Pb2+与Zn2+和Zn2+与Cd2+的竞争吸附中,其吸附量和吸附热都随温度的增加而降低,且Pb2+与Zn2+之间的相互作用大于Zn2+与Cd2+之间的相互作用;三种复合体对重金属离子单独吸附与竞争吸附时都会形成铝氧层、硅氧层以及尿素层三个吸附层,当它们对重金属离子单独吸附时,同一条件下尿素层的吸附作用最小;三种复合体对重金属离子Pb2+与Zn2+和Zn2+与Cd2+竞争吸附时,重金属离子分别占据有利吸附位置,在吸附过程中发生竞争吸附效应。三种复合体的径向分布函数与吸附热均表明,吸附热越大,结构越稳定,自扩散系数越小。从吸附量和吸附结构稳定的角度来看,当尿素分子含量为9时,复合体单独吸附和竞争吸附时的吸附量和吸附后的结构稳定性都是最优的,更适合作为处理土壤重金属污染物的吸附剂。
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