负载硼的氧化物表面特性及其与致酸离子吸附—解吸作用研究

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本文以人工合成针铁矿(Goethite,简写为G),水锰矿(Manganite,简写为M),经硼砂处理的硼吸附态针铁矿(简写为ad-B-G),硼吸附态水锰矿(简写为ad-B-M),经硼酸处理的硼包被态针铁矿(简写为oc-B-G),硼包被态水锰矿(简写为oc-B-M)等6种氧化物为研究对象,探讨了它们与酸性土壤中常见致酸离子(Mn2+,Al3+)的相互作用。主要讨论了离子在氧化物上的等温吸附和解吸过程;吸附、解吸动力学过程;pH,温度,离子强度等对吸附、解吸的影响;硼负载后各样品表面积,电荷零点(ZPC),表面酸常数等物理化学参数的变化。通过这些研究主要得到了以下结论: 1、硼负载后氧化物表面参数发生了较大变化。针铁矿和水锰矿负载硼后比表面积为:硼包被态>普通态>硼吸附态;吸附态氧化物表面点位密度最大,包被态氧化物最小;包被态铁氧化物本征酸常数大于吸附态大于针铁矿,锰氧化物规律相反;铁氧化物ZPC大小依次为:G>ad-B-G>oc-B-G,3种锰氧化物的电荷零点几乎没有变化。 2、各氧化物吸附Mn2+都随pH上升呈S形增加,pH相同时,吸附Mn2+量依次为:oc-B-G>ad-B-G>G;oc-B-M>ad-B-M>M。相同条件下,锰氧化物吸附的Mn2+量大约是铁氧化物的几十倍,这一差异与氧化物自身电化学性质及其物质组成密切相关。 3、溶液中Mn2+浓度增加,6种氧化物吸附Mn2+量都增加;吸附过程中,Mn2+吸附量大小为:oc-B-G>ad-B-G>G,三者解吸量相当,表明oc-B-G与其它两种形态氧化物相比能够吸附更多Mn2+离子。 4、温度对铁氧化物吸附-解吸Mn2+影响较大,对锰氧化物影响较小。温度上升至40℃时,铁氧化物吸附曲线形状发生了变化,表明高温改变了氧化物吸附机理。铁氧化物与Mn2+反应焓变大于零,反应吸热,温度升高有利于反应正向进行。各温度下,相同锰离子浓度时,吸附量大小为:oc-B-G>ad-B-G>G,M>ad-B-M>oc-B-M,锰氧化物吸附规律与pH包络中规律不一致与体系pH有关。Langmuir和Freundlich方程拟合结果显示:铁氧化物与Mn2+亲和力大小为oc-B-G>ad-B-G>G,说明铁氧化物负载硼后对Mn2+离子吸附能力得以加强。锰氧化物oc-B-M的k值最小,铁氧化物k值都比锰氧化物大很多,而Xm却比锰氧化物小很多,说明铁氧化物与Mn2+的作用机理不同于锰氧化物。 5、随反应时间延长,各氧化物累积吸附Mn2+量增大。最终累积吸附Mn2+大小为:oc-B-G>ad-B-G>G,三者解吸曲线无太大差别。动力学方程拟合结果显示,Mn2+在针铁矿表面扩散吸附是反应控速步骤,随硼在表面的负载,Mn2+吸附动力学曲线拟合方程由抛物线方程向权函数方程变化,表明硼的参与改变了氧化物与Mn2+的作用机理。3种锰氧化物吸附Mn2+曲线差别不大,但解吸相差甚远。拟合锰氧化
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