磷在高岭土、腐殖酸及海洋沉积物上的吸附行为研究

【摘要】营养盐是海洋环境质量监测的重要内容之一。海水中的磷是引起水体富营养化、赤潮等的主要营养元素之一，水体中的磷量过多会导致藻类过量繁殖进而引起水质恶化，严重破坏水体的生态平衡，威胁到水生生物的生存以及人类的健康。海洋中的沉积物能够吸附水体中的磷减缓水体的富营养化进程，尤其是沉积物中的自然胶体部分（粘土矿物、有机质及活性金属水合氧化物），其能够通过一系列物理化学反应，如吸附、络合、共沉淀等作用，从水体中富集包括磷在内的多种污染物及其他有毒物质，对水体中磷的迁移转化发挥着极其重要的作用；另外，沉积物吸附的磷在一定条件下又可释放到水体中，严重时导致水体富营养化，造成二次污染。由于海洋中的沉积物，尤其是沉积物中的粘土矿物和有机质，其对磷的吸附作用对水体富营养化的控制发挥着非常重要的作用，因此研究沉积物、粘土矿物及有机质对磷的吸附作用具有重要的意义。本论文研究了盐度和温度变化对磷酸盐在高岭土、腐殖酸上吸附的影响。并从长江口邻近海域采集沉积物，研究了沉积物自身性质（粒度、HCl处理去除碳酸盐、H2O2处理去除有机质等）及环境因素（介质中有机质浓度、pH等）对海洋沉积物吸附磷的影响。主要结论如下：（1）高岭土的零净质子电荷点pHPZNPC约为3.8，离子强度对高岭土的pHPZNPC基本没有影响。高岭土对磷的动力学吸附过程用伪二级动力学方程描述较好，温度越高，高岭土对磷的吸附速率越大。等温吸附曲线用Langmuir等温式拟合较好，磷的吸附量随温度的升高、盐度的降低而增加。磷在高岭土上的吸附是自发、吸热、熵增加的过程。（2）腐殖酸（HA）的零净质子电荷点pHPZNPC在3.5~5.8之间，离子强度对腐殖酸的pHPZNPC影响较大。腐殖酸对磷的动力学吸附过程用伪二级动力学方程描述较好，温度越高，腐殖酸对磷的吸附速率越大。等温吸附曲线用Langmuir等温式拟合较好，磷的吸附量随盐度的增加而增加；在15~25℃范围内，温度对磷在腐殖酸上的吸附量几乎没有影响；与腐殖酸原样相比，不溶NSW腐殖酸对磷的吸附能力增大。（3）沉积物对磷的吸附可用伪二级动力学方程描述，沉积物粒度越小、初始磷浓度越大，对磷的吸附速率越大。由于沉积物一般含内源磷，等温吸附曲线可用Langmuir-交叉型等温式拟合，且拟合结果最好，磷的吸附量随粒度减小而增加。沉积物经HCl处理除去碳酸盐之后，对磷的吸附能力增强；经H2O2处理除去有机质之后，对磷的吸附能力减弱。在高浓度的HA介质中，沉积物对磷的吸附量与介质中HA的浓度正相关。pH对沉积物吸附磷的影响较为复杂：pH<5时，随着pH的升高，沉积物对磷的吸附量逐渐增加；pH在5~9范围内，随着pH的升高，沉积物对磷的吸附量降低；pH>9时，随着pH的升高，沉积物对磷的吸附量增加，且pH约为7~9范围内存在“稳定pH范围”。
【作者】陈娟娟；
【导师】姬泓巍；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋化学，2014，硕士
【关键词】磷；吸附；高岭土；腐殖酸；海洋沉积物；

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