第一章水化學(xué)基礎(chǔ)6

1、太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院一、吸附種類和吸附機(jī)理 按吸附現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，可分為物理吸附及化學(xué)吸附。 1、物理吸附 固體顆粒表面電荷的不均衡，往往使其帶電荷。按其電荷的性質(zhì)可分為永久電荷和可變電荷。 永久電荷是礦物晶格內(nèi)的同晶替代所產(chǎn)生的電荷。例如，粘土礦物的結(jié)構(gòu)為硅四面體和鋁八面體，四面體內(nèi)的硅和八面體內(nèi)的鋁均可被與其直徑大小相近的離子所替代，四價(jià)的Si4+可被三價(jià)的Al3+所替代，而三價(jià)的Al3+可被二價(jià)的Mg2+所替代，這樣的結(jié)果，使顆粒表面電荷產(chǎn)生了不均衡，使其呈現(xiàn)出負(fù)電性。由于同晶替代是在粘土礦物形成時(shí)產(chǎn)生的，并且是在粘土晶格的內(nèi)部，因此一旦產(chǎn)生這種電荷就不會(huì)改變，具有永久性質(zhì)，故

2、稱永久電荷。 例如，蒙脫石和伊利石的同晶替代較多，所以它們的表面電荷以永久電荷為主，而高嶺石則不同，它的同晶替代少，其主要的表面電荷另有來(lái)源。 可變電荷是顆粒表面產(chǎn)生化學(xué)解離形成的，其表面電荷的性質(zhì)(正電荷或負(fù)電荷)及數(shù)量往往隨介質(zhì)的pH值的改變而變化，所以稱為可變電荷。 例如某些膠體顆粒表面分子或原子團(tuán)的解離：二氧化硅膠體和含水二氧化硅膠體的解離；粘土礦物顆粒晶面上的OH基中H+的解離高嶺石晶體表面的OH基較多，所以它的表面電荷以可變電荷為主；氫氧化鐵及氫氧化鋁表面分子OH基的解離腐殖質(zhì)上某些原子團(tuán)的解離上述談到顆粒表面電荷形成的機(jī)理。由于固體顆粒表面帶電，所以在固液相接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生靠固體表

3、面靜電引力吸附液相異性離子的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為物理吸附。 物理吸附的特點(diǎn)是，其吸附的鍵聯(lián)力為靜電引力，鍵聯(lián)力較弱，因此已吸附在顆粒表面的離子，在一定條件下，可被液體中另一種離子所替換，所以物理吸附也稱為“離子交換”。被吸附離子的電性，取決于表面電荷的電性，顆粒表面帶負(fù)電荷，吸附陽(yáng)離子，稱為陽(yáng)離子吸附，或陽(yáng)離子交換；顆粒表面帶正電荷，吸附陰離子，稱為陰離子吸附，或陰離子交換。 物理吸附這個(gè)表面反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)，可用質(zhì)量作用定律來(lái)描述。2、化學(xué)吸附 化學(xué)吸附不是依賴于靜電引力發(fā)生的，液相中的離子是靠鍵力強(qiáng)的化學(xué)鍵(如共價(jià)鍵)結(jié)合到固體顆粒表面的，被吸附的離子進(jìn)入顆粒的結(jié)晶格架，成為晶格的一部分，

4、它不可能再返回溶液，是一種不可逆反應(yīng)。這種現(xiàn)象也稱為“特殊吸附”。產(chǎn)生化學(xué)吸附的一個(gè)基本條件是，被吸附離子直徑與晶格中網(wǎng)穴的直徑大致相等，例如，K+的直徑為266pm，硅鋁酸鹽膠體品格網(wǎng)穴直徑為280pm，它們的直徑大致相等，所以K+可被吸附到膠體的晶格里。 在實(shí)際研究中，要區(qū)分物理吸附及化學(xué)吸附是十分困難的，而物理吸附要比化學(xué)吸附普遍。因此，目前研究最多的是物理吸附，而且物理吸附的研究，實(shí)際上也包括化學(xué)吸附在內(nèi)，因?yàn)閮烧吆茈y區(qū)分。特別是水污染中污染物的研究更是如此。 二、離子交換 1、吸附劑及及其親和力 凡能吸附液相中溶解離子的固體均稱為吸附劑。地層中廣泛分布著各種類型的吸附劑，其主要類型有

5、：粘土礦物類，如蒙脫石、伊利石、高嶺石等，鐵、鋁和錳的氧化物及氫氧化物，如Fe(OH)3、Fe2O3、Al(OH)3、MnO2等，有機(jī)物。礫石地層里，也可能有一定數(shù)量的膠體。這些吸附劑對(duì)不同離子吸附能力不同。 就特定的固相物質(zhì)而盲，陽(yáng)離子吸附親合力是不同的。影響陽(yáng)離子吸附親合力的因素主要是：(1)同價(jià)離子，一般來(lái)說(shuō)，它隨離子半徑的增加而增加，隨水化程度的增加而降低，離子半徑越小，水化程度越高。例如Na+、K+，NH4+的離子半徑分別為0.98、1.33和1.43A，其水化半徑分別為7.9、5.37和5.32A他們的親合力順序?yàn)镹H4+K+Na+。(2)一般來(lái)說(shuō)，高價(jià)離子的吸附親合力高于低價(jià)離子

6、的吸附親合力。 按各元素吸附親合力的排序如下： H+Rb2+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH+K+Na+Li+ 上述排序中，H+是一個(gè)例外，它雖然是一價(jià)陽(yáng)離子，但它具有兩價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子一樣的吸附親合力。 值得注意的是，上述排序并不是絕對(duì)的，因?yàn)殛?yáng)離子交換服從質(zhì)量作用定律，所以吸附親合力很弱的離子，只要濃度足夠大，也可以交換吸附親合力很強(qiáng)而濃度較小的離子。2、陽(yáng)離子交換容量 某種巖石、礦物和松散沉積物的吸附能力往往以交換容量，主要是陽(yáng)離子交換容量來(lái)衡量，這是地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)常用的一個(gè)吸附參數(shù)，以符號(hào)CEC(Cation Exchange Capacity)表示，其含義是每百克干土(巖)所含的全

7、部交換性陽(yáng)離子的毫克當(dāng)量數(shù)，其單位為meq100g。 1meq=1mmol價(jià)數(shù)， 例如，2mmolSO42-的毫克當(dāng)量數(shù)=22=4 5mmolCa2+的毫克當(dāng)量數(shù)=52=10 從上表可知，不同的巖石和礦物，其交換容量差別很大。松散沉積物可能含有多種具有吸附能力的巖石和礦物，有時(shí)也含有有機(jī)質(zhì)，因此其CEC值是沉積物中多種吸附劑的綜合吸附能力的反應(yīng)。松散沉積物CEC值的大小與下列因素有關(guān)：l與該沉積物里吸附劑的數(shù)量和種類有關(guān)。例如，我國(guó)北方土壤中的粘土礦物以蒙脫石及伊利石為主，故其CEC值較大，一般在20meq100g以上，高者達(dá)50meq100g以上；而南方的紅壤，一方面是因?yàn)槠浜袡C(jī)膠體少，同

8、時(shí)其所含的粘土礦物多為高嶺石及鐵鋁氫氧化物，故其CEC值較小，般小于20meq100g。l與該沉積物顆粒大小有關(guān)。由于吸附是一種表面反應(yīng)，因此，沉積物的比表面積的大小，直接影響其吸附能力。一般來(lái)說(shuō)，顆粒越小，比表面積越大，例如，粘礦物具有膠體顆粒的直徑(10-3mm10-6mm)，其比表面積為103m2g。所以，沉積物顆粒越細(xì)，其CEC值越高。例如，某一河流不同粒徑的沉積物實(shí)測(cè)CEC值數(shù)據(jù)表明：顆粒直徑分別為4.461和611000m，其CEC值分別為：1465、420和0.313meq100g。l與pH有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，隨著pH值的增加，土壤的可變負(fù)電荷也增加，CEC值也隨之上升。但對(duì)于具體某

9、個(gè)離子來(lái)說(shuō)并非如此。實(shí)際上，對(duì)于特定沉積物而言，某種離子的最大吸附量都有其相應(yīng)的pH值，例如，土壤的pH=5.06.5時(shí)，F(xiàn)-的吸附量最大。3、CEC值的測(cè)定 CEC測(cè)定方法多半是以pH為7.0的醋酸銨溶液與固體樣品(巖樣或土樣)混合，使其全部吸附格位被NH4+所飽和，然后用其它溶液(多半是NaCl溶液)使被吸附的NH4+ 全部交換下來(lái)，達(dá)交換平衡后，測(cè)定溶液中Na+的減量，即為該固體樣品的CEC值。 應(yīng)該注意的是，CEC值只代表特定測(cè)試條件下巖土的交換能力，而巖土的實(shí)際交換能力明顯地受到介質(zhì)pH的影響。除此以外，CEC值還受占據(jù)交換格位的離子的性質(zhì)的影響。 例如，美國(guó)墨西哥河流沉積的粘土樣，

10、其CEC值為76meq/100g，把該樣品放置于海水中，兩星期后，再次測(cè)定，其CEC值變?yōu)?6meq/100g。前后差為10meq/100g。究其原因，并不是該粘土樣品發(fā)生性質(zhì)的變化，而是樣品上所吸附的離子發(fā)生了變化，原來(lái)河流沉積的粘士樣，其交換格位主要是被Ca2+所占據(jù)，而后在海水中放置兩周后，交換格位上的Ca2+ 為海水中的K+所替換，由于測(cè)定CEC時(shí)，溶液中的NH4+不能迅速地把所吸附的K+交換下來(lái)，故其CEC值降低了。三、零點(diǎn)電位pH值 上面談到，固體顆粒表面電荷，無(wú)論從其性質(zhì)或數(shù)量來(lái)講，都是介質(zhì)pH值的函數(shù)。pH低時(shí)(低至一定程度)，正的表面電荷占優(yōu)勢(shì)，吸附陰離子，pH高時(shí)，完全是負(fù)

11、的表面電荷，吸附陽(yáng)離子，pH值為一中間值時(shí)，表面電荷為零，這一狀態(tài)稱為電荷零點(diǎn)，該狀態(tài)下的pH值稱為電荷零點(diǎn)pH值，記為pHz。 pHz是表面電荷性質(zhì)的分界點(diǎn)。當(dāng)介質(zhì)pH pHz 時(shí)，表面電荷帶負(fù)電，吸符陽(yáng)離子；當(dāng)介質(zhì)pHPO43-HPO4-HCO3- H2BO3- SO42- Cl-NO3-。這個(gè)次序說(shuō)明， Cl-和NO3- 最不易被吸附。三、陽(yáng)離子交換質(zhì)量作用方程 按質(zhì)量作用定律，陽(yáng)離子交換反應(yīng)可表示為：式中，KA-B為陽(yáng)離子交換平衡常數(shù)，A和B為水中的離子，Ax和Bx為吸附在固體顆表面的離子，方括弧表示活度。以NaCa交換為例，其交換反應(yīng)方程為：式表明，交換反應(yīng)是等當(dāng)量交換，是個(gè)可逆過(guò)程

12、，兩個(gè)鈉離子交換一個(gè)鈣離子。則， 如果水中的Na+交換已被吸附在固體顆粒表面的Ca2+(即Cax)，則反應(yīng)向右進(jìn)行，反之，則向左進(jìn)行。如反應(yīng)向右進(jìn)行，那么，就鈣離子而言，是個(gè)解吸過(guò)程，就鈉離子面言，是個(gè)吸附過(guò)程。所以，陽(yáng)離子交換反應(yīng)，實(shí)際上是一個(gè)吸附-解吸過(guò)程。 在水系統(tǒng)中，NaCa交換是一種進(jìn)行得最廣泛的陽(yáng)離子交換。例如，當(dāng)海水入侵到淡水含水層時(shí)，由于海水Na+遠(yuǎn)高于淡水，而且淡水含水層顆粒表面可交換性的陽(yáng)離子主要是Ca2+，因此產(chǎn)生海水中的Na+與顆粒表面的吸附態(tài)Ca產(chǎn)生交換，形成Na被吸附而Ca被解吸。又如，如果在某個(gè)地質(zhì)歷史里，淡水滲入海相地層，按上述類似的機(jī)理判斷，則產(chǎn)生Na+被解吸

13、，而Ca2+ 被吸附的過(guò)程。 (1.145)式中都使用活度，水中的A和B離子活度可以按前面所提供的方法求得，但如何求得被吸附的陽(yáng)離子(Ax和Bx)的活度，目前還沒(méi)有太滿意的解決辦法。萬(wàn)賽羅(Vanselow，1932) 提出，規(guī)定被吸附離子的摩爾分?jǐn)?shù)等于其活度。 摩爾分?jǐn)?shù)的定義為：某溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)等于某溶質(zhì)的摩爾數(shù)與溶液中所有溶質(zhì)摩爾數(shù)和溶劑摩爾數(shù)總和之比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：式中，xB為B組分的摩爾分?jǐn)?shù)，無(wú)量綱，mA為溶劑的摩爾數(shù)(molL)，mB、 mc 、 mD為溶質(zhì)B、C、D的摩爾數(shù)(molL)。就水溶液而言，溶劑是水，1molH2O=18g,1L H2O=1000g，所以1升溶劑(H2

14、0)的摩爾數(shù)=100018=55.56molL。 按照上述摩爾分?jǐn)?shù)的定義，Ax和Bx的摩爾分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，NA和NB分別為被吸附離子A和B的摩爾分?jǐn)?shù)，(Ax)和(Bx)分別為被吸附離子A和B的摩爾數(shù)(molkg)。 以摩爾分?jǐn)?shù)代替被吸附離子A和B的活度。則(2.145)的交換平衡表達(dá)式可寫(xiě)成：式中，KA-B稱為選擇系數(shù)，其他符號(hào)含義同前。選擇系數(shù)已為許多學(xué)者所應(yīng)用。從理論上講，該方程(1.150式)提供了一個(gè)預(yù)測(cè)陽(yáng)離子交換反應(yīng)對(duì)水中陽(yáng)離子濃度影響的有效方法。 從理論上講，KA-B基本上是一個(gè)常數(shù)，但隨水的離子強(qiáng)度的改變，稍有變化。它的數(shù)值的大小，能說(shuō)明各種離子在競(jìng)爭(zhēng)吸附中，優(yōu)先吸附何

15、種離子。如KA-B 1，說(shuō)明B離子比A離子更易被吸附，反之，則相反。選擇系數(shù)方面的信息在文獻(xiàn)中已很普遍。例如， KCa-Mg，在(Mgx)(Cax)和水中離子強(qiáng)度變化比較大的范圍內(nèi)， KCa-Mg在0.6-0.9間，變化很小，說(shuō)明，Ca2+比Mg2+更易被吸附。 在研究陽(yáng)離子交換反應(yīng)時(shí)，人們關(guān)心的問(wèn)題是，在水流過(guò)程中，從補(bǔ)給區(qū)流到排泄區(qū)或從上游到下游，由于陽(yáng)離子變換反應(yīng)，水中的陽(yáng)離子濃度將會(huì)產(chǎn)生何種變化?為了簡(jiǎn)化問(wèn)題起見(jiàn)，假定其他反應(yīng)對(duì)陽(yáng)離子濃度的變化都可忽略，那么 從理論上講，水從原來(lái)的地段進(jìn)入一個(gè)具有明顯交換能力的新地段后，必然會(huì)破壞其原有的陽(yáng)離子交換平衡，而調(diào)整到一個(gè)新的交換平衡條件。達(dá)

16、到新的平衡后，其陽(yáng)離子濃度的變化主要取決于：(1)新地段固體顆粒表面各種交換性陽(yáng)離子的濃度，以及它們互相間的比值；(2)進(jìn)入新地段水中的原有化學(xué)成分，特別是陽(yáng)離子濃度。隨著水的不斷向前流動(dòng)，陽(yáng)離子交換平衡不斷被打破，又不斷地建立新的平衡。其結(jié)果是，不但水的陽(yáng)離子濃度變化了，固體顆粒表面有關(guān)的交換性陽(yáng)離子濃度也改變了。 為了定量地說(shuō)明上述理論上的判斷，特列舉下列例題的計(jì)算。假定條件:(1)含粘土礦物地段的陽(yáng)離子交換容量為100meq100g，變換性陽(yáng)離子只有Ca2+和Mg2+，且Cax=Mgx，即Cax=Mgx=50meq100g；(2)進(jìn)入該地段前，地下水中的Ca2+和Mg2+ 濃度也相等，即

17、Ca2+=Mg2+ =1l0-8molL；(3)該含水層地段的有關(guān)參數(shù)：孔隙度n=0.33，固體顆粒密度=2.65gcm3；(4)地下水與該地段粘土礦物顆粒相互作用后，達(dá)到平衡時(shí)，選擇系數(shù)=0.6。例:在某一地下水流動(dòng)系統(tǒng)中，有一段具有明顯陽(yáng)離子變換能力且含有大量粘土礦物的地段，試?yán)藐?yáng)離子交換質(zhì)量平衡方程(2.150)，計(jì)算地下水達(dá)到新的交換平衡后，水中Ca2+和Mg2+濃度的變化，含水層粘土礦物顆粒表面交換性陽(yáng)離子(被吸附的陽(yáng)離子)濃度的變化。計(jì)算步驟： (1)求新的地下水進(jìn)入該地段前的NCa和NMg 按題意所給，Cax=Mgx=50meq/100g。把它們換算為molg表示，則Cax=M

18、gx=50/2mmol/100g=0.2510-3molg，將此數(shù)據(jù)代入(1.149)式，則 NCa=NMg =0.5 (2)求新的地下水剛進(jìn)入該地段時(shí)，起始狀態(tài)的KCa-Mg值 按質(zhì)量作用定律，Ca-Mg交換方程為：交換平衡后，雖然各自的摩爾分?jǐn)?shù)有所增減，但其總數(shù)仍然不變，即NCa+NMg =1。同樣，Ca2+Mg2+=2mol/L設(shè)達(dá)到新交換平衡時(shí)，NCa=Y， Ca2+=x。那么，NMg=1-Y， Mg2+=2-x。把上述假設(shè)代入(1.151)式，則，因達(dá)到新的交換平衡時(shí)，KCa-Mg=0.6，把它代入(1.152)式，經(jīng)整理后，得：因達(dá)到新交換平衡時(shí)，Cax和Mgx雖然有變化，那其總和

19、仍然不變，即Cax+Mgx=0.5。設(shè)那時(shí)的Cax=Z，那么，Y=Z/0.5 （1.154）把(1.154)式代入(1.153)式，得由于n=0.33，所以1個(gè)單位體積的水就需2個(gè)單位體積的固體顆粒與之接觸，因此，1L水與2.03L體積的巖土接觸，其巖土重量為2.032.651000=5379.5（g）達(dá)交換平衡后，1L水的Ca2+摩爾數(shù)為x，巖土中交換性鈣離子(Cax)濃度為Z。那么，根據(jù)均衡前后Ca2+總量相等，則， 5379.50.25+1=5379.5Z+x (1.156)即，x=1345.875-5379.5Z (1.157)把（1.157）式代入（1.155）式，得： 2151.8

20、Z2 -3229.3Z + 672.9375=0 （1.158）求解得 Z=0.250046，即交換平衡后，Cax=0.250046 mmol/g則， Mgx=0.5-0.250046 mmol/g=0.249954mmol/g NCa=0.250046/0.5=0.50009 NMg=1-0.50009=0.49991 x=1345.875-5379.50.250046=0.7525即交換平衡后，Ca2+=0.7525 mmol/L Mg2+=2-0.7525=1.2475 mmol/L計(jì)算說(shuō)明，水中的Ca2+被吸附，而同相表面所吸附的Mg2+不斷被解吸。 如若交換的起始條件為NMg=0.3

21、75和NCa=0.625，流入的水，其鈣鎂活度比為1，那么流過(guò)該地段的地下水，其Ca2+ 和Mg2+的濃度就沒(méi)有變化了。 如若交換的起始條件為NMgNCa0.6，其交換方向則與上述相反，水中的Mg2+被吸附，而同相表面所吸附的Ca2+不斷被解吸。 由此可見(jiàn)，交換反應(yīng)方向不僅取決于水中兩種離子的濃度比，同時(shí)也取決于吸附離子的摩爾分?jǐn)?shù)比。4、等溫吸附方程與溶質(zhì)遷移滯后方程 在特定的溫度下，達(dá)到吸附(交換)平衡時(shí)，某溶質(zhì)的液相濃度和固相濃度之間存在一定的關(guān)系，把這種關(guān)系表示在直角坐標(biāo)圖上以線的形式出現(xiàn)，這條線即稱為等溫吸附線，其數(shù)學(xué)表示式稱為等溫吸附方程。 等溫吸附方程在溶質(zhì)遷移，特別是污染物在水環(huán)

22、境中的遷移研究方面，具有重要的意義，是一種有效的手段。等溫吸附線可能是直線，也可能是曲線；等溫吸附方程也可分為線性方程和非線性方程兩種。（1）線性等溫吸附方程 它最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 S=KdC (1.165)式中，S為平衡時(shí)固相所吸附的溶質(zhì)的濃度(mgkg)，C為平衡時(shí)液相溶質(zhì)濃度(mgL);Kd為分配系數(shù)(或稱線性吸附系數(shù))(Lkg)。 (1.165)式重新排列，則 Kd=sc (1.166) (1.166)式說(shuō)明，分配系數(shù)的物理意義是，溶質(zhì)在固相和液相中的分配比，它是一個(gè)研究溶質(zhì)遷移能力的一個(gè)很重要參數(shù)。Kd值越大，說(shuō)明溶質(zhì)在固相中的分配比例大，易被吸附，不易遷移，反之，則相反。線性等溫

23、吸附方程的另一種表達(dá)式為: S=a + kC (1.167)式中，a為截距，其它符號(hào)同前。 （2）非線性等溫吸附方程 1)弗里因德里克(Freundlich)方程 S= KCn (1.168)式中，K為常數(shù)，n為表示該等溫吸附線線性度的常數(shù)，當(dāng)液相中被吸附組分濃度很低，或在砂土(CEC值小)中產(chǎn)生吸附時(shí)，n1，C為平衡時(shí)液相離子濃度(mgL)，S為平衡時(shí)固相被吸附離子的濃度(mgkg)。(1.168)式取對(duì)致形式，可變?yōu)榫€性方程: lgS = lgK + nlgC (1.169) 2)蘭米爾(Langmuir)等溫吸附方程 蘭米爾等溫吸附方程最初是用來(lái)描述固體吸附氣體的，該方程于1918年由蘭

24、米爾提出。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，它可用來(lái)描述固體表面的離子吸附，被許多學(xué)者廣泛地用來(lái)描述土壤及沉淀物對(duì)各種溶質(zhì)(特別是污染物)的吸附。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中，Sm為某組分的最大吸附濃度(mgkg)，K為與鍵能有關(guān)的常數(shù)，其他符號(hào)同前。 變換(1.170)式，可得該方程的線性表達(dá)式:)170. 1 (1KCKCSSm)171. 1 (11CSKSSCMm(1.171)方程是最常用的方程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，取得一系列的C值及S值，以CS為縱坐標(biāo)，C為橫坐標(biāo)，即可繪出蘭米爾等溫吸附線。 圖1.6是在25、pH=6.8、Cr()濃度大于58molL的條件下的蘭米爾等溫吸附線，其斜率為0.007l，截距為1.41。從而可算

25、得Sm=141mgkg，K=0.005。 利用蘭米爾等溫吸附方程最大的優(yōu)點(diǎn)是，可求得最大的吸附容量，這對(duì)評(píng)價(jià)包氣帶土壤對(duì)某種污染物吸附容量提供可靠的數(shù)據(jù)。 上述幾種等溫吸附方程是定量研究吸附過(guò)程的有效手段。至于吸附過(guò)程遵循哪種訪程，一般是通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)處理后確定。 實(shí)際上除了前面幾種之外，還有很多。例如： 3)Langmuir Two-surface IsothermCKCbKCKCbKS222111114)Freundlich改進(jìn)式)11(ln2CKebS2、建立等溫吸附方程的實(shí)驗(yàn)方法 吸附作用是影響溶質(zhì)遷移的水化學(xué)作用。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱瞬榍迦苜|(zhì)吸附及解吸機(jī)理，建立相應(yīng)的等溫吸附線及其等溫

26、吸附方程，求得分配系數(shù)Kd及最大吸附容量Sm。試驗(yàn)方法分吸附平衡試驗(yàn)及土柱試驗(yàn)兩種。 （1）吸附平衡試驗(yàn) 具體步驟如下： 1)從現(xiàn)場(chǎng)采集所研究的巖土樣，風(fēng)干，過(guò)篩(一般是2mm的篩)，備用。 2)測(cè)定巖土樣的有關(guān)參數(shù)，諸如顆粒級(jí)配、有機(jī)質(zhì)、粘土礦物、Fe、Al等，該測(cè)定什么參數(shù)視具體研究情況而定，有時(shí)還必須測(cè)定巖土的pHz值。 3)稱少量(一般是幾克)備用巖土樣放入離心管(一般是50ml離心管) 4)配置含有不同溶質(zhì)濃度的溶液，取50ml(視情況有所增減)，放入裝有土樣的離心管。 5)將裝有土樣及某溶質(zhì)溶液的離心管放置于水浴中，保持恒溫并振蕩。定時(shí)取出溶液，離心澄清，取少量(一般為1ml或nm

27、l，以不影響離心管溶液濃度明顯變化為原則)進(jìn)行分析，直至前后幾次的濃度不變?yōu)橹?。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，濃度為縱坐標(biāo)，繪出濃度一時(shí)間曲線，確定達(dá)吸附平衡所需的時(shí)間。 6)將一組(一般是5個(gè)以上)裝有不同溶質(zhì)濃度和巖土樣的離心管置于水浴中，保持恒溫并振蕩。待達(dá)到上述所確定的吸附平衡所需時(shí)間后，取出試管，離心澄清，取清液分析溶質(zhì)濃度。 7)溶液原始濃度減去平衡濃度，乘以試驗(yàn)溶液體積，所得的溶質(zhì)減量即為巖土的吸附總量，并換算成巖土的吸附濃度。 8)把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作數(shù)學(xué)處理，繪出吸附等溫線，建立等溫吸附方程，求得Kd及Sm值。（2）土柱試驗(yàn) 土柱試驗(yàn)和吸附平衡試驗(yàn)的不同點(diǎn)在于：前者是動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，后者是靜態(tài)試驗(yàn)。前者的結(jié)果較接近實(shí)際，不僅可確定Kd值，而且可探討吸附-解吸機(jī)理。其試驗(yàn)裝置及步驟簡(jiǎn)述如下： A裝置(