超微量重金属铊在软锰矿表面的吸附行为——放射性同位素标记的应用初探

摘要

铊(Tl)是典型的剧毒重金属元素之一,是美国环境保护署(EPA)优先控制的重金属之一,也是我国兼顾防治的重金属之一.我国(含)铊矿产资源丰富,其开发利用引发了严重的Tl污染.但由于多年来我国对铊污染重金属在环境界面的迁移转化行为是了解其环境地球化学行为的重要课题之一.锰氧化物是自然界中存在的催化能力最强的金属氧化物.软锰矿(β-MnO2)是最稳定的锰氧化物之一.本文主要通过放射性同位素标记的方法研究了微量重金属铊在软锰矿表面的吸附行为.rn 研究结果表明，在所研究的pH (pH=4～8)范围内，软锰矿对Tl+均有一定的吸附作用，单位吸附量为0.36～1.36nmol/g。且吸附作用随pH的变化较为显著，如pH 8时的吸附量大约是pH 4.5时的四倍）。软锰矿对Tl(Ⅰ)的表观吸附平衡常数也随着pH的升高而增大，在较窄的范围内(pH 6～7)急剧增大，吸附曲线呈S形分布。这是由于Tl+在所研究pH范围内，主要以Tl+离子的形式存在于溶液中。软锰矿的等电点为pH=5.8左右，其表面在pH<5.8时(pH 4～5)带正电，与Tl+离子之间存在着较强的静电斥力，因而对Tl+的作用很小，而在pH>5.8 (pH 6～8)时带负电，与Tl+离子之间存在的静电引力，也可使表面对Tl+的吸附作用迅速增大。此外，软锰矿对Tl+的吸附除了对Tl+离子的表面静电作用和内层络合作用外，可能还存在着表面氧化机制。大量的研究表明，氧化锰能作为许多氧化还原反应的电子接受体，在很大的pH范围内其表面对Tl+离子的吸附易于受氧化还原作用的影响。在本研究中，可能正是由于Tl+离子在锰氧化物表面形成了三价铊离子，水解作用较为强烈，使得矿物表面对Tl+的吸附对体系pH值的依赖较为强烈。由此可推知，软锰矿表面对Tl+的吸附作用是内层络合作用的专性吸附、静电引力作用的非专性吸附和表面氧化作用的共同结果。