典型土壤矿物吸附双酚硫的分子机理研究

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双酚硫(Bisphenol S,BPS)是一种具有激素效应的双酚类新兴污染物,作为双酚A的替代品广泛用于各种食品接触涂层,随着使用量的不断增加,BPS大量进入土壤、水体和沉积物。土壤固相组分对BPS的吸附可显著影响其土壤环境行为。本文选取四种土壤矿物(Ca Mt、Na Mt、Kln、Gt)和腐殖酸,研究了矿物及矿物-腐殖酸复合体对BPS的吸附,结合表面性质X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS),对矿物及矿物腐殖酸复合体吸附BPS的机理进行探究,得到的主要结果如下:1.四种矿物的比表面积Ca-蒙脱石(Ca Mt)最大,针铁矿(Gt)次之,其次是钠蒙脱石(Na Mt),高岭石(Kln)最小。四种矿物对BPS吸附量大小顺序为Ca Mt>Gt>Na Mt>Kln。等温吸附模型拟合显示四种矿物对BPS的吸附最符合Langmuir模型。p H显著影响BPS的吸附,在p H 3-11范围随p H增加,四种矿物的吸附量先增加后减小,最大吸附量出现于p H 6-8范围。随着离子强度的增加,矿物对BPS的吸附量明显增大,这可能归因于盐析效应和阳离子桥联的发生。吸附过程还受孔隙率的影响。BPS与四种矿物的吸附符合准二级动力学模型。除针铁矿外,其它三种矿物-腐殖酸复合体对BPS的最大吸附量均比纯矿物高,但针铁矿-腐殖酸复合体吸附量比纯矿物低。2.红外光谱对比分析发现,针铁矿吸附BPS后,在1397cm-1处出现明显的振动吸收峰,说明形成了C-O-Fe键。而两种蒙脱石和高岭石吸附BPS后,没有发现新的吸收峰或峰位移。说明蒙脱石和高岭石主要通过物理作用吸附BPS。当有腐殖酸存在时,针铁矿在990cm-1和1397cm-1处两侧发现微小的新峰形,这意味着,针铁矿与腐殖酸结合后,表面结构发生改变,主要是由于腐殖酸表面丰富的酚羟基和羧基掩盖部分针铁矿表面的Fe-O活性位点,导致复合体与BPS的吸附结合力减弱。3.XRD结果显示,吸附BPS后,Ca蒙脱石层间距增加0.203 nm,腐殖酸存在时,Ca蒙脱石层间距增加0.133nm,显示BPS可进入钙蒙脱石和钙蒙脱石-HA复合体层间,Na蒙脱石及其复合体吸附BPS后层间距变化较小。XPS结果显示,Ca蒙脱石吸附BPS后Ca2p1/2和Ca2p3/2电子的结合能升高,显示钙离子参与BPS吸附,可能与BPS形成阳离子桥。高岭石吸附BPS后Al2p电子结合能变化不大,表明高岭石主要通过弱相互作用吸附BPS。针铁矿吸附BPS后的Fe2p电子结合能也未发生明显变化,结合红外可知BPS可能主要通过表面配位、氢键Ⅰ和静电引力与矿物结合。
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