顆粒物與水之間的遷移水環(huán)境中顆粒物的吸附作用水環(huán)境中膠體教學(xué)提綱

1、顆粒物與水之間的遷移水環(huán)境中顆粒物的吸附作用水環(huán)境中膠體一、顆粒物與水之間的遷移一、顆粒物與水之間的遷移 2 2水環(huán)境中顆粒物的吸附作用水環(huán)境中顆粒物的吸附作用 水環(huán)境中膠體顆粒的吸附作用大體可分為水環(huán)境中膠體顆粒的吸附作用大體可分為:表面吸附、離子交換吸附和專屬吸附等。表面吸附、離子交換吸附和專屬吸附等。 表面吸附：表面吸附：屬于物理吸附，膠體具有巨大的比表面和表屬于物理吸附，膠體具有巨大的比表面和表面能面能 離子交換吸附離子交換吸附：屬于物理化學(xué)吸附屬于物理化學(xué)吸附 專屬吸附專屬吸附: : 除化學(xué)鍵的作用外，范德華力或氫鍵起作用，除化學(xué)鍵的作用外，范德華力或氫鍵起作用，專屬吸附作用不但可使

2、表面電荷改變符號(hào)，而且可使離子專屬吸附作用不但可使表面電荷改變符號(hào)，而且可使離子化合物吸附在同號(hào)電荷的表面上?；衔镂皆谕?hào)電荷的表面上。一、顆粒物與水之間的遷移一、顆粒物與水之間的遷移一、顆粒物與水之間的遷移一、顆粒物與水之間的遷移 2 2水環(huán)境中顆粒物的吸附作用水環(huán)境中顆粒物的吸附作用 吸附等溫線和等溫式： 吸附吸附是指溶液中的溶質(zhì)在界面層濃度升高是指溶液中的溶質(zhì)在界面層濃度升高的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 水體中顆粒物對(duì)溶質(zhì)的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡水體中顆粒物對(duì)溶質(zhì)的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程，在一定溫度下當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，顆粒物過程，在一定溫度下當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，顆粒物表面上的吸附量（表面上的吸附量（G

3、 G）與溶液中溶質(zhì)平衡濃度（）與溶液中溶質(zhì)平衡濃度（c c）之間的關(guān)系，可用吸附等溫線表示。之間的關(guān)系，可用吸附等溫線表示。吸附等溫線和等吸附等溫線和等溫式：溫式： 水體中常見水體中常見的吸附等溫線有的吸附等溫線有三類：三類：即即HenryHenry型、型、FreundlichFreundlich型、型、LangmuirLangmuir型，型，簡稱簡稱H, F, LH, F, L型型l吸附等溫線和等溫式：吸附等溫線和等溫式： Gl 等溫線在一定程度上反映了吸附劑與吸附物的特性，其形式等溫線在一定程度上反映了吸附劑與吸附物的特性，其形式在許多情況下在許多情況下 與實(shí)驗(yàn)所用溶質(zhì)濃度區(qū)段有關(guān)。當(dāng)溶質(zhì)

4、濃度甚與實(shí)驗(yàn)所用溶質(zhì)濃度區(qū)段有關(guān)。當(dāng)溶質(zhì)濃度甚低時(shí)，可能在初始區(qū)段中呈現(xiàn)低時(shí)，可能在初始區(qū)段中呈現(xiàn)H H型，當(dāng)濃度較高時(shí)，曲線可能表型，當(dāng)濃度較高時(shí)，曲線可能表現(xiàn)為現(xiàn)為F F型，但統(tǒng)一起來仍屬于型，但統(tǒng)一起來仍屬于L L型的不同區(qū)段。型的不同區(qū)段。影響吸附作用的因素影響吸附作用的因素l溶液溶液pHpH值對(duì)吸附作用的影響。在一般情況下，顆值對(duì)吸附作用的影響。在一般情況下，顆粒物對(duì)重金屬的吸附量隨粒物對(duì)重金屬的吸附量隨pHpH值升高而增大。值升高而增大。當(dāng)溶當(dāng)溶液液pHpH超過某元素的臨界超過某元素的臨界pHpH值時(shí)，則該元素值時(shí)，則該元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。在溶液中的水解、沉淀起主要

5、作用。 l 溶液溶液pHpH值對(duì)吸附作用的影響。在一般情況下，值對(duì)吸附作用的影響。在一般情況下，顆粒物對(duì)重金屬的吸附量隨顆粒物對(duì)重金屬的吸附量隨pHpH值升高而增大。值升高而增大。l 顆粒物的粒度和濃度對(duì)重金屬吸附量的影響。顆粒物的粒度和濃度對(duì)重金屬吸附量的影響。顆粒物對(duì)重金屬的吸附量隨粒度增大而減少，并顆粒物對(duì)重金屬的吸附量隨粒度增大而減少，并且，當(dāng)溶質(zhì)濃度范圍固定時(shí)，吸附量隨顆粒物濃且，當(dāng)溶質(zhì)濃度范圍固定時(shí)，吸附量隨顆粒物濃度增大而減少。度增大而減少。l 此外，溫度變化、幾種離子共存時(shí)的競爭作此外，溫度變化、幾種離子共存時(shí)的競爭作用均對(duì)吸附產(chǎn)生影響。用均對(duì)吸附產(chǎn)生影響。影響吸附作用的因素影

6、響吸附作用的因素3 3沉積物中重金屬的釋放沉積物中重金屬的釋放(1)(1)鹽濃度升高鹽濃度升高：堿金屬和堿土金屬陽離子可將被堿金屬和堿土金屬陽離子可將被吸附在固體顆粒上的金屬離子交換出來，這是金吸附在固體顆粒上的金屬離子交換出來，這是金屬從沉積物中釋放出來的主要途徑之一。屬從沉積物中釋放出來的主要途徑之一。(2)(2)氧化還原條件的變化氧化還原條件的變化：在湖泊、河口及近岸在湖泊、河口及近岸沉積物中一般均有較多的耗氧物質(zhì)，使一定深度沉積物中一般均有較多的耗氧物質(zhì)，使一定深度以下沉積物中的氧化還原電位急劇降低，并將使以下沉積物中的氧化還原電位急劇降低，并將使鐵、錳氧化物可部分或全部溶解，故被其吸

7、附或鐵、錳氧化物可部分或全部溶解，故被其吸附或與之共沉淀的重金屬離子也同時(shí)釋放出來。與之共沉淀的重金屬離子也同時(shí)釋放出來。(3)(3)降低降低pHpH值：值：pHpH值降低，值降低，導(dǎo)致碳酸鹽和氫氧化物導(dǎo)致碳酸鹽和氫氧化物的溶解，的溶解，H H+ +的競爭作用的競爭作用增加了金屬離子的解吸增加了金屬離子的解吸量。在一般情況下，沉量。在一般情況下，沉積物中重金屬的釋放量積物中重金屬的釋放量隨著反應(yīng)體系隨著反應(yīng)體系pHpH的升高的升高而降低而降低(4)(4)增加水中配合劑的含量增加水中配合劑的含量：天然或合成的配合劑使天然或合成的配合劑使用量增加，能和重金屬用量增加，能和重金屬形成可溶性配合物，有

8、形成可溶性配合物，有時(shí)這種配合物穩(wěn)定度較時(shí)這種配合物穩(wěn)定度較大，可以溶解態(tài)形態(tài)存大，可以溶解態(tài)形態(tài)存在，使重金屬從固體顆在，使重金屬從固體顆粒上解吸下來。粒上解吸下來。二、水中顆粒物的聚集二、水中顆粒物的聚集l 膠體顆粒的聚集膠體顆粒的聚集亦可稱為凝聚或絮凝。在討論亦可稱為凝聚或絮凝。在討論聚集的化學(xué)概念時(shí)，這兩個(gè)名詞時(shí)常交換使用。這里聚集的化學(xué)概念時(shí)，這兩個(gè)名詞時(shí)常交換使用。這里把把由電介質(zhì)促成的聚集稱為凝聚，而由聚合物促成由電介質(zhì)促成的聚集稱為凝聚，而由聚合物促成的聚集稱為絮凝的聚集稱為絮凝。l 膠體顆粒是長期處于分散狀態(tài)還是相互作用聚集結(jié)膠體顆粒是長期處于分散狀態(tài)還是相互作用聚集結(jié)合成為

9、更粗粒子，合成為更粗粒子，將決定著水體中膠體顆粒及其上面的污將決定著水體中膠體顆粒及其上面的污染物的粒度分布變化規(guī)律，影響到其遷移輸送和沉降歸宿染物的粒度分布變化規(guī)律，影響到其遷移輸送和沉降歸宿的距離和去向。的距離和去向。 1 1膠體顆粒凝聚的基本原理和方式膠體顆粒凝聚的基本原理和方式 典型膠體的相互作用是以典型膠體的相互作用是以DLVO物理理論為物理理論為定量基礎(chǔ)。定量基礎(chǔ)。1 1膠體顆粒凝聚的基本原理和方式膠體顆粒凝聚的基本原理和方式l 異體凝聚理論：異體凝聚理論：適用于處理物質(zhì)本性不同、粒徑不等、適用于處理物質(zhì)本性不同、粒徑不等、電荷符號(hào)不同、電位高低不等之類的分散體系。電荷符號(hào)不同、電

10、位高低不等之類的分散體系。l 異體凝聚理論異體凝聚理論的主要論點(diǎn)為：的主要論點(diǎn)為：如果兩個(gè)電荷符號(hào)相異的如果兩個(gè)電荷符號(hào)相異的膠體微粒接近時(shí)，吸引力總是占優(yōu)勢；如果兩顆粒電荷符號(hào)膠體微粒接近時(shí)，吸引力總是占優(yōu)勢；如果兩顆粒電荷符號(hào)相同但電性強(qiáng)弱不等，則位能曲線上的能峰高度總是決定于相同但電性強(qiáng)弱不等，則位能曲線上的能峰高度總是決定于荷電較弱而電位較低的一方。因此，在異體凝聚時(shí)，只要其荷電較弱而電位較低的一方。因此，在異體凝聚時(shí)，只要其中有一種膠體的穩(wěn)定性甚低而電位達(dá)到臨界狀態(tài)，就可以發(fā)中有一種膠體的穩(wěn)定性甚低而電位達(dá)到臨界狀態(tài)，就可以發(fā)生快速凝聚，而不論另一種膠體的電位高低如何。生快速凝聚，而

11、不論另一種膠體的電位高低如何。l 天然水環(huán)境和水處理過程中所遇到的顆粒聚集天然水環(huán)境和水處理過程中所遇到的顆粒聚集方式，大體可概括如下：方式，大體可概括如下： (1)(1)壓縮雙電層凝聚壓縮雙電層凝聚; (2); (2)專屬吸附凝聚專屬吸附凝聚; (3); (3)膠體相互凝聚膠體相互凝聚(4)“(4)“邊對(duì)面邊對(duì)面”絮凝絮凝;(5);(5)第二極小值絮凝第二極小值絮凝;(6);(6)聚合物粘結(jié)架聚合物粘結(jié)架橋絮凝橋絮凝;(7);(7)無機(jī)高分子的絮凝無機(jī)高分子的絮凝; (8); (8)絮團(tuán)卷掃絮凝絮團(tuán)卷掃絮凝; ; (9) (9)顆粒層吸附絮凝顆粒層吸附絮凝;(10);(10)生物絮凝生物絮凝第二節(jié)第二節(jié) 水中無機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化