论文部分内容阅读
氟是一种化学性质十分活泼的非金属元素,饮用水中浓度较高时会引起严重的健康问题,因而氟的赋存、迁移、转化备受环境水文地球化学家的关注。研究发现,有机质是氟迁移、转化的重要媒介,因此,深入开展氟迁移过程中有机质的行为特征研究,探索其组成和结构对吸附的影响,对于深刻认识氟的地球化学行为具有重要意义。本论文以沉积物中有机质来源最广泛的芦苇残体为研究对象,首次采用响应曲面法(RSM)研究了芦苇残体不同组织对氟的吸附行为,获取了吸附性能指标并优化了工艺参数,并与静态吸附组实验(SAE)进行了对比验证,采用扫描电子显微镜、元素分析、红外光谱以及比表面积分析等手段,对吸附机理进行了探讨,主要取得如下结果:1.芦苇残体吸附氟离子参数的优化根据RSM法中的BBD模型,预测出投加量影响最显著,在实验范围内,随着投加量的增加,单位吸附量减少;pH在4-8之间时,其变化对芦苇残体吸附氟离子的影响不大,且在酸性条件下吸附较好;温度在298K-318K范围内,吸附量随着温度的升高而增大。同时得出原始芦苇根(R-R)、茎(S-R)、叶(L-R)及腐化芦苇根(R-D)、茎(S-D)、叶(L-D)对氟离子的最大吸附量分别为:286.24(mg/kg)、168.74(mg/kg)、124.09(mg/kg)、5013.32(mg/kg)、2987.50(mg/kg)、3235.43(mg/kg),可以看出,腐化后的芦苇根吸附量最大,原始芦苇叶的吸附量最小。2.芦苇残体吸附氟离子的行为特征(1)SAE法获得芦苇残体吸附氟离子的行为特征芦苇残体对氟离子的吸附动力学符合准一级模型拟合,腐化后各组织的吸附量远大于原始样品,且无论腐化前后,芦苇根的吸附量均大于芦苇茎和芦苇叶;用Langmuir模型可较好地拟合芦苇残体对氟离子的等温吸附过程;芦苇残体各组织对氟离子的吸附过程为自发的吸热反应,且以物理吸附为主。(2)RSM法获得芦苇残体吸附氟离子的行为特征芦苇残体对氟离子的吸附动力学符合准一级模型拟合,腐化后各组织的吸附量大大增加,且无论腐化前后,芦苇根的吸附量均大于芦苇茎和芦苇叶;用Langmuir模型和Freundlich模型均可较好地拟合芦苇残体对氟离子的等温吸附过程;芦苇残体各组织对氟离子的吸附过程为自发的吸热反应,且以物理吸附为主。(3)两种方法测试结果的对比分析SAE法和RSM法虽在拟合的吸附动力学、吸附热力学参数和等温吸附模型上存在差异(SAE法是Langmuir模型较符合芦苇残体吸附氟离子的过程,而RSM法则是Langmuir模型和Freundlich模型同时符合),但是这两种方法得出的吸附行为基本一致,因此RSM法可以用于研究吸附性能,而RSM法较大程度上减少了实验工作量,并可以通过有限的实验推测其他条件下的吸附行为,为研究吸附性能提供了一种新思路。3.芦苇残体对氟离子的吸附机制研究通过扫描电子显微镜、元素分析、红外光谱及比表面积分析等表征手段,从微观层面深入探讨了芦苇残体对氟离子的吸附性能。结果表明,原始芦苇残体各组织的吸氟量大小为根>茎>叶,这可能是因为根的含糖量最小,说明含糖量与吸附量呈负相关;而腐化芦苇残体各组织的吸附量大小为根>叶>茎,且腐化后的吸附量明显大于原始残体,这是因为脱糖腐化使样品表面微孔增加,有机碳含量增加,芳香性增大,极性减小,比表面积增大,从而提高了样品的吸附容量。