天然土壤矿物纳米颗粒对重金属的吸附作用及机理

摘要

高岭石和蒙脱石在土壤中大量存在，其重金属的去除能力得到了广泛的挖掘。本工作的主要目的是探究两种天然土壤矿物纳米颗粒(高岭石和蒙脱石矿物纳米颗粒)在不同环境因子影响下对典型环境重金属的吸附的能力。
　　简而言之，实验通过将颗粒状高岭石和蒙脱石分散在水相中制备高岭石和蒙脱石矿物颗粒，然后从悬浮液中提取纳米级的高岭石和蒙脱石。通过一系列批次实验研究了高岭石和蒙脱石矿物纳米颗粒的动力学和热力学吸附。用伪一阶和伪二阶动力学方程来拟合动力学数据，以此描述天然土壤矿物纳米颗粒对重金属的吸附速率和探讨其可能存在的吸附形式。用La ngmuir和F re und lic h方程用于拟合热力学数据来探究天然纳米颗粒对重金属吸附的吸附量和反应的均匀性。同时还通过设计相关实验探究不同环境因素(即pH、离子强度和种类)对天然土壤矿物纳米颗粒吸附重金属的的影响。
　　实验室所提取的高岭石和蒙脱石矿物纳米颗粒的平均粒径分别为125.6nm和122.3nm。高岭石矿物纳米颗粒对重金属Cd2+的最大吸附能力在pH为5和7时分别为为0.5896和4.3122 mg·g-1(蒙脱石纳米颗粒为2.7012和6.9541 mg·g-1)。进一步的实验表明，高岭石或蒙脱石矿物纳米颗粒对Cd2+的最大吸附能力随环境pH值的增加而增加。离子强度和电解质的类型都是影响高岭石和蒙脱石纳米颗粒吸附Cd2+的两个重要因素。
　　文章通过对天然土壤矿物纳米颗粒吸附重金属的研究得出以下结论：
　　(1)相比于伪一级动力学模型，伪二级动力学模型更适合于描述天然土壤矿物纳米颗粒对重金属的吸附。这说明化学吸附是高岭石/蒙脱石土壤矿物纳米颗粒吸附 Cd2+的主要机制。
　　(2)高岭石和蒙脱石土壤矿物纳米颗粒对 Cd2+的吸附能力很大程度上取决于溶液的pH值。这可能是由于天然土壤矿物纳米颗粒的表面官能团和溶液中H+和Cd2+之间的竞争性吸附。离子强度和种类对高岭石和蒙脱石土壤矿物纳米颗粒吸附Cd2+中起重要作用。
　　(3)与工程纳米颗粒相比，高岭石和蒙脱石土壤矿物纳米颗粒在环境修复中拥有经济和生态优势，因为吸附能力相当可观、平衡时间短、非侵入性好和生产成本低等优点。天然土壤矿物纳米颗粒的这些优点为工程师在未来的修复实践中提供了一个替代选择品。

目录

声明

第1章前言

1. 1纳米科技发展与应用

1. 2人工纳米材料的应用及其潜在环境风险

1. 3天然土壤矿物纳米颗粒的起源和研究意义

1. 4天然土壤矿物纳米颗粒对重金属的吸附研究

1. 5科学问题和研究思路

2. 1 实验材料

2. 2天然土壤矿物纳米颗粒的提取

2. 3天然土壤矿物纳米颗粒的表征

2. 4 天然土壤矿物纳米颗粒对重金属Cd2+的吸附

2. 5 数据处理

第3章结果与分析

3. 1天然土壤矿物纳米颗粒的表征

3. 2 天然土壤矿物纳米颗粒对重金属的吸附

3. 3环境因子对天然土壤矿物纳米颗粒吸附重金属的影响

3. 4 天然土壤矿物纳米颗粒潜在应用

4. 1 讨论

4. 2 结论

4. 3 创新点

4. 4 展望

致谢

参考文献

附录 A矿物纳米颗粒XRD谱图

附录B不同超声功率和时间矿物颗粒粒径分布图

附录 C发表论文著作情况