环境化学水环境化学第二节.ppt

第三章 水环境化学 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，一旦进入水环境，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。 一、水-颗粒物间迁移 1、 颗粒物 （1）矿物微粒和粘土矿物：主要为石英（SiO2 ）、长石 （KAlSi3O8 ）、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物。 石英、长石等：不易碎裂，颗粒较粗，缺乏黏结性。 　 黏土矿物（云母、高岭石等）：具有胶体性质、片层结构，易于碎裂，颗粒较细，具有黏结性，可以生成稳定的聚集体。 （2）金属水合氧化物 Al 在水中的主要形态是Al3+、Al(OH)2+、Al2(OH)24+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等无机高分子。（无定形沉淀物） Fe 在水中的主要形态是 Fe3+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+、Al(OH)2+、Fe(OH)3、FeOOH等无机高分子。（无机高分子和溶胶） H 4SiO4 (硅酸单体)聚合成无机高分子：SinO2n－m(OH)2m。 （3）腐殖质：带负电的高分子弱电介质，富里酸、腐殖 酸和腐黑物。在不同 pH 下，展现不同立体结构。 （4）水体悬浮沉积物：一般来说，悬浮沉积物是一矿物微粒，尤其黏土矿物为核心骨架，金属氧化物及有机质结合在表面。它们可以沉降至水体底部，也可以重新悬浮于水中。 （5）其他：藻类、细菌、病毒和表面活性剂、油滴等。 2、水环境中颗粒物的吸附作用 1）几种吸附作用概念 表面吸附：胶体表面具有巨大的比表面和表面能，胶体表面积越大，吸附作用越强。 离子交换吸附：环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子。胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，这种作用称为离子交换吸附作用，属于物理化学吸附。该反应是可逆反应，不受温度影响，交换能力与溶质的性质、浓度和吸附剂的性质有关。 专属吸附：指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加强的憎水键和范德化力或氢键作用。该作用不单可以使表面点荷改变符号，还可以使离子化合物　吸附在同号电荷 的表面上。 专属吸附特点 1、水合氧化物交替对重金属离子有较强的专属吸附，这种吸附作用发生在胶体双电层的stern层中，被吸附的金属离子进入Stern层后，不能被通常提取交换性阳离子的提取剂提取，只能被亲和力更强的金属离子取代，或是在强酸性条件下解吸。 2、它在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面也能进行吸附作用。 水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别 2）吸附等温线和等温式：在固定温度下，当吸附达到平 衡时，颗粒物表面的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度 （c）之间的关系可用吸附等温线表达。 Henry 型等温线为直线型 G = k · c k：分配系数 Freundlich 型等温线 　　　　G = k · c · exp(1/n) lgG = lgk + 1/n lgc Langmuir 型等温线 　　　　G = G0· c /(A+c) 1/G = 1/G0 + (A/ G0)(1/c) G0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量； 　 A——常数。 常见的吸附等温线 当溶质浓度甚低时，可能在初始阶段呈现 H 型，当浓度较 高时，可能表现为 F 型，但统一起来仍属于 L 型的不同区段。 影响吸附的因素 溶液的pH值： 　　　一般情况下颗粒物对重金属的吸附量随pH值升高而增大。当溶液pH超过某元素的临界pH值时，则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。 颗粒物的粒度和浓度： 　　　吸附量随粒度增大而减少，并且当溶质浓度范围固定时，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。 温度变化、几种离子共存时竞争作用等。 3、沉积物中重金属的释放——属于二次污染问题 诱发释放的主要因素有： （1）盐浓度升高：碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来。 （2）氧化还原条件的变化：有机物增多，产生厌氧环境、铁锰氧化物还原溶解，使结合在其中的金属释放出来。 （3）pH值降低：①H+离子的竞争吸附作用；②金属在低pH值条件下致使金属难溶盐类以及配合物的溶解。 （4）增加水中配合剂的含量：天然或合成的配合剂使用量增加，能和重金属形成可溶性配合物，有时这种配合物稳定度较大，可以溶解态形态存在，使重金属从固体颗粒上解吸下来。 二、水中颗粒物的聚集（自学） 1、物理凝聚理论 　　　　凝聚 coa