羧酸化合物在粘土矿物—水界面上的吸附机制

发布时间：2017-07-31 15:10

  本文关键词：羧酸化合物在粘土矿物—水界面上的吸附机制

  更多相关文章： 萘普生 小分子有机酸 高岭石 吸附

【摘要】：高岭石是温带气候区土壤或沉积物中最主要的粘土矿物成分,其对环境中经常可检测到的羧酸类物质的吸附是一个重要的环境过程。本文通过吸附批实验及红外表征的手段,研究了一种芳香性羧酸化合物(萘普生)和三种小分子有机酸(乙酸、草酸和柠檬酸)在高岭石上的吸附机理,主要结论如下:(1)萘普生(NPX)分子内羧基和芳香环均在其吸附中起重要作用。芳香环与高岭石表面羟基间的n-π电子供受体作用(EDA)是主要吸附机理,未解离的羧基与高岭石矿物表面形成的氢键(HB)是次要的吸附机理。高岭石的硅氧层是萘普生的主要吸附位点。(2)随着溶液pH从3.0升高到6.0,分子态萘普生的比例逐渐减小,其形成氢键的能力相应减小,萘普生在高岭石上的整体吸附下降。基于实验数据建立了高岭石吸附萘普生的模型:Kd,NPX=Kd,EDA+Kd,HB f0,f0为分子态萘普生的比例。该模型可以很好地描述萘普生在高岭石上的吸附机理及贡献比率。(3)小分子有机酸的竞争吸附能力与其疏水性有关,对于研究所选用的有机酸,竞争吸附能力次序为:乙酸柠檬酸草酸。三种小分子有机酸的吸附系数随pH的变化呈现出相似的特征,均在全部解离且高岭石表面≡AlOH充足的时候出现吸附最大值,这与之前的研究结果一致。(4)不同羧酸数的小分子有机酸在吸附过程中的自由能变化(ΔG)受四种作用过程的影响。其中,化学吸附(-26.6~-79.6 kJ/mol)和亲水作用(22.8~68.2kJ/mol)的ΔG绝对值最大,是控制吸附的主要因素。静电斥力(2.5~7.7 kJ/mol)和物理吸附(-5.38~-6.46 kJ/mol)的ΔG绝对值很小。羧酸数的增加提高了有机酸的化学吸附能力,但同时增强了其亲水性和其与矿物表面的静电斥力。不同酸的吸附能力次序为:草酸(二元)柠檬酸(三元)乙酸(一元)。(5)当溶液pH=8.0时,高岭石表面带负电(pHpzc为3.8)。随着离子强度增加(0.001-0.1 mol/L,NaCl),高岭石矿物表面的负电性减弱。当小分子有机酸发生吸附作用时,化学吸附等当量发生配体交换,不改变矿物表面电势;物理吸附发生在矿物表面双电层中,会小幅度降低矿物表面电势。
【关键词】：萘普生 小分子有机酸 高岭石 吸附
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X131
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 土壤-水界面对有机污染物的吸附10-11
• 1.2 粘土矿物-水界面对有机污染物的吸附11-13
• 1.3 环境中的羧酸类化合物及其吸附13-20
• 1.3.1 环境中的芳香性羧酸污染物13-14
• 1.3.2 芳香性羧酸萘普生在环境介质上的吸附14-15
• 1.3.3 非芳香性小分子有机酸的环境效应15-18
• 1.3.4 小分子有机酸在水-土/矿物界面上的吸附18-20
• 1.4 研究意义与内容20-22
• 1.4.1 研究意义20
• 1.4.2 研究内容20-21
• 1.4.3 项目依托21
• 1.4.4 技术路线21-22
• 第2章 高岭石吸附芳香性羧酸萘普生22-37
• 2.1 前言22-23
• 2.2 实验材料与方法23-26
• 2.2.1 实验材料23-24
• 2.2.2 实验仪器24
• 2.2.3 实验方法24-26
• 2.2.4 测试方法及表征26
• 2.3 结果与讨论26-36
• 2.3.1 萘普生的羧基对其在高岭石上吸附的作用26-27
• 2.3.2 萘普生的芳香环对其在高岭石上吸附的作用27-29
• 2.3.3 萘普生在高岭石上吸附点位探究29-30
• 2.3.4 萘普生在高岭石上吸附点位的吸附动力学证据30-31
• 2.3.5 萘普生在高岭石上吸附点位的红外表征证据31-32
• 2.3.6 阳离子架桥对高岭石吸附萘普生的作用32-33
• 2.3.7 萘普生在高岭石上吸附的模型探究33-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 高岭石吸附非芳香性小分子有机酸37-52
• 3.1 前言37-38
• 3.2 实验材料与方法38-40
• 3.2.1 实验材料与仪器38
• 3.2.2 实验方法38-39
• 3.2.3 测试方法及表征39-40
• 3.3 结果与讨论40-51
• 3.3.1 小分子有机酸在高岭石上吸附动力学40-42
• 3.3.2 溶液pH对高岭石吸附小分子有机酸的影响42-44
• 3.3.3 小分子有机酸在高岭石上吸附模型探究44-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 结论与建议52-54
• 4.1 主要结论52-53
• 4.2 建议53-54
• 参考文献54-61
• 致谢61-63
• 作者简介63

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本文编号：599751