纳米Al_2O_3在海水中的沉降及其对磷和腐殖酸的吸附研究

【摘要】纳米材料在水体中的分散、沉降、吸附、颗粒转化和迁移的方式、速率均会影响其在海水环境中的归宿。本文以实验室模拟实验为主,选取纳米Al2O3作为研究对象,首先建立紫外-可见分光光度法测定人工海水中纳米Al2O3含量的方法,研究其在海水中的沉降性能,然后分别从动力学和等温吸附角度出发,研究纳米Al2O3对磷酸根离子和腐殖酸,以及腐殖酸-纳米Al2O3复合物对磷酸根离子的吸附特征,分析了吸附质初始浓度、pH值和盐度等因素对吸附过程的影响,初步探讨了影响吸附的机理,旨在揭示纳米Al2O3在海水中的行为和归宿,为纳米Al2O3在海洋环境中的迁移转化提供理论依据,主要研究内容和结论如下：(1)紫外-可见分光光度法对浓度在100.00mg/L以下的纳米A1203分散液测定可靠,检出限为0.93×10-3mg/L。在人工海水(ASW)中,纳米A1203在pH为7.31沉降最快,沉降速率分别是pH为8.03、6.57和8.97时的1.1、1.3和2.1倍；盐度由0.20‰增大到31.50‰,沉降速率增大3.2倍；纳米Al2O3浓度由10.00mg/L增大到100.00mg/L,沉降速率增大2.7倍；纳米A1203在天然海水(NSW)中的沉降速率较ASW中快1.1倍。(2)纳米Al2O3吸附磷酸根离子或腐殖酸,以及腐殖酸-纳米A1203复合物吸附磷酸根离子的反应均符合准二级吸附动力学(R2>0.99)。在NSW中,纳米Al2O3对磷酸根离子、HA1和HA2的平衡吸附量qe分别为0.13、75.19和62.50mg/g;30%HAl～Al2O3和30%HA2-Al2O3对磷酸根离子的qe分别为0.085mg/g和0.079mg/g。(3)纳米A1203吸附磷酸根离子或腐殖酸,以及腐殖酸-纳米A1203复合物吸附磷酸根离子的反应均符合Langmuir等温吸附(R2>0.99),说明吸附过程主要是单分子层表面吸附作用。(4)纳米Al2O3对磷酸根离子的吸附为放热过程,对腐殖酸的吸附为吸热过程,而温度对腐殖酸-纳米Al2O3复合物吸附磷酸根离子的过程影响并不明显。(5)吸附剂投加量提高160倍,纳米Al2O3、30%HAl-Al2O3和30%HA2-Al2O3对磷酸根离子的吸附量分别降低10、6.7和4.3倍,吸附率分别提高13.8、26.5和41.1倍。纳米Al2O3投加量提高100倍,其对HA1和HA2的吸附量分别降低64.5和63.1倍,吸附率分别提高1.5和1.6倍。(6)纳米A1203对磷酸根离子的吸附量在pH为6.05～6.95时随pH增大降低28.5%,此时主要为静电吸附；pH由6.95提高至8.91,吸附量只降低6.7%,此时主要为范德华作用力。pH为5.75～9.17,纳米A1203对HA1和HA2的吸附量分别降低20.5%和27.7%,吸附作用包括静电作用和配位体交换。pH由5.75变为8.03,随pH增大,30%HAl-Al2O3和30%HA2-Al2O3对磷酸根离子的吸附量分别减少32.1%和31.7%,此时吸附主要为静电吸附；pH由8.03提高至9.17,30%HAl-Al2O3和30%HA2-Al2O3的吸附量分别只降低0.7%和0.2%,此时主要吸附作用力为范德华力。(7)盐度由0.20%o增大到31.50%o,纳米Al2O3、30%HAl-Al2O3和30%HAl-Al2O3对磷酸根离子的吸附量分别降低50.0%、46.1%和45.3%,吸附以物理吸附为主。盐度为0.20‰～10.00‰,纳米Al2O3对HA1和HA2的吸附量分别增加2.9和8.0倍；盐度为10.00‰～31.50‰,其对HA1和HA2的吸附量均只增加1.1倍,吸附作用包括静电作用力。
【作者】厉月含；
【导师】郑爱榕；
【作者基本信息】厦门大学，海洋化学，2014，硕士
【关键词】纳米Al2O3；沉降；吸附；磷酸根离子；腐殖酸；

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