第3章水环境化学2技巧.pptx

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，进入水环境后均不能被生物降解，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，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，造成永久性的潜在危害。本节将侧重介绍重金属污染物在水环境中迁移转化的基本原理。1.颗粒物与水之间的迁移2.水中颗粒物的聚集3.溶解和沉淀4.氧化-还原5.配合作用主要内容§1颗粒物与水之间的迁移★⒈水中颗粒物的类别矿物微粒和黏土矿物金属水合氧化物腐殖质悬浮沉积物其他，如藻类、细菌、病毒、表面活性剂等⑴矿物微粒和粘土矿物：矿物微粒（非粘土矿物）：石英、长石等，晶体交错、结实、颗粒粗，不易碎裂，缺乏粘结性。粘土矿物：天然水中常见的为云母、蒙脱石、高岭石，具有晶体层状结构，易于碎裂，颗粒较细，具有粘结性，可以生成稳定的聚集体。其中的粘土矿物是天然水中最重要、最复杂的无机胶体，粘土矿物的层状晶体基本由两种原子层构成，一种是硅氧四面体（硅氧片），另一种是铝氢氧原子层（水铝片），其间主要靠氢键连接，因此易于断裂开来。石英（紫水晶洞）正长石6高岭石的土状光泽云母的极完全解理蒙脱石⑵金属水合氧化物：以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。①铝：铝在天然水中浓度一般不超过0.1mg/L。主要形态随pH值的变化而改变。铝可发生聚合反应，最终生成[Al(OH)3]∞的无定形沉淀物。②铁：铁是丰量元素，水解反应和形态与铝类似。③锰：锰与铁类似，其丰度不如铁，但溶解度比铁高。④硅：硅酸能生成聚合物，并可生成胶体以至沉淀物。2Si(OH)4H6SiO7+H2O(SinO2n-m(OH)2m)⑶腐殖质：当植物残体经微生物分解时，不易被分解的部分与微生物分泌物相结合形成一种无定形胶态复合物称为腐殖质。腐殖质碱萃取不溶物胡敏酸可溶物X酸萃取可溶物富里酸沉淀物乙醇萃取腐殖酸可溶物（棕腐酸）碱溶加电解质可溶物褐腐酸沉淀物灰腐酸腐殖质是一种带负电的高分子弱电解质，带有很多活性基因的芳烃，具有特别好的吸附表面，它们能与金属离子和金属水合物发生离子交换、表面吸附、络合和螯合、凝结和胶溶等反应。它们在很大程度上控制了水体和土壤中的微量元素和有毒物质的迁移、富集和固定。腐殖质的特征：①具有抵抗微生物降解的能力；②具有同金属离子和金属水合物氧化物形成络合物或螯合物的能力；Pb2+Cu2+Ni2+Co2+Zn2+Cd2+Fe2+Mn2+Mg2+③具有与粘土矿物和有机物相互作用的能力；④具有弱酸性；⑤具有凝聚作用。高价离子比低价离子有更高的凝聚作用，等价离子，半径大则凝聚效果好；⑥不同来源的腐殖质具有总体上的性质相似性，但不具有确切的结构和固定的化学组成。⑷水体悬浮沉积物：悬浮沉积物是以矿物微粒，特别是粘土矿物为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上，成为各微粒间的粘附架桥物质，把若干微粒组合成絮状聚集体（聚集体在水体中的悬浮颗粒粒度一般在数十微米以下），经絮凝成为较粗颗粒就沉积到水体底部，也可重新再悬浮进入水中。⑸其他：湖泊中的藻类，污水中的细菌、病毒，废水排出的表面活性剂、油滴等，也都有类似的胶体化学表现。⒉水环境中颗粒物的吸附作用表面吸附：由于胶体具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用，胶体表面积愈大，所产生的表面吸附能也愈大，胶体的吸附作用也就愈强，它是属于一种物理吸附。离子交换吸附：由于大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子，在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子。它属于物理化学吸附。专属吸附：是指吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键主起作用。★⑴吸附等温线和等温式在固定的温度下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度（C）之间的关系，可用吸附等温线来表示。水体中常见的吸附等温线有三类：H、F、L型①H型（Henry）等温式（直线型）G＝kck:分配系数溶质在吸附剂与溶液之间按固定比值分配②F型（Freundlich）等温式G＝kC1/nlgG=lgk+1/nlgClgG对lgC作图可得一直线。k值是C=1的吸附量，可以大致表示吸附能力的强弱，1/n为斜率，表示吸附量随浓度增长的强度。该等温线只适用于浓度适中的溶液，不能给出饱和吸附量。③L型（Langmuir）等温式G=G0C/(A+C)G0：单位面积上达到饱和时的最大吸附量；A：常数。G对C作图得到一条双曲线当C→∞时，G→G01/G=1/G0+(A/G0)(1/C)L型吸附等温线等温线在一定程度上反映了吸附剂与吸附物的特性，其形式在许多情况下与实验所用溶质浓度区段有关。当溶质浓度甚低时，可能在初始区段中呈现H