天然无机纳米颗粒对有机污染物的吸附作用与机理

发布时间：2016-12-13 18:31

  本文关键词：天然无机纳米颗粒对有机污染物的吸附作用与机理，由笔耕文化传播整理发布。

《浙江大学》 2014年

天然无机纳米颗粒对有机污染物的吸附作用与机理

曾凡凤  

【摘要】：随着纳米技术的突飞猛进,纳米科学已发展成为多学科交叉领域内的前沿,引起了极大的兴趣。人工纳米颗粒对人类、动物、植物都存在一定的毒性。针对人工纳米颗粒的局限性,研究天然纳米颗粒对有机污染物的吸附作用与相关机制,评价环境友好型天然纳米颗粒作为吸附剂去除有机污染物的能力和相关机制能为其在污染环境治理中的应用提供理论基础。本文采用批量平衡法,研究了三种天然无机纳米颗粒(纳米级的赤铁矿、蒙脱石和高岭石)对可离子化的有机污染物五氯酚(PCP)和非离子型有机污染物菲(PHE)的吸附,并讨论了环境pn和离子强度对吸附过程的影响。获得主要研究结果如下： (1)发现三种纳米颗粒对PCP和PHE的吸附依赖于溶液的pH条件。当pHpKa(4.75)时,纳米赤铁矿对PCP的吸附量较高；而其对PHE在相对高或低的pH值范围内吸附量均较高(如pH4.0及pH12.0),这可能是由于较高净电荷和电荷密度致使纳米赤铁矿暴露的表面积较大而引起的。不同pn下纳米蒙脱石对PCP的吸附能力为：pH10pH6pH4,当pHpKa(4.75)时,PCP吸附量较高；而其对PHE的吸附量和吸附能力则为：pH4pH6pH10。不同pH下纳米高岭石对PCP的吸附能力为：pH10pH6pH4,而对PHE吸附量和吸附能力则为：pH4pH6pH10。在pH6和10时,疏水作用在纳米蒙脱石和纳米高岭石对PCP和PHE吸附过程中占主导地位；而在pn4时,氢键作用强于疏水作用,占主导地位。因此,pH可通过修饰吸附剂表面特征和吸附质分子电荷特性影响纳米颗粒对有机污染物的吸附,其潜在的机制取决于氢键、静电作用、疏水作用及纳米颗粒的团聚效应这四种可能的相互作用。 (2)发现盐基离子可通过影响纳米颗粒的界面聚合效应而调控其稳定性。纳米赤铁矿、纳米蒙脱石和纳米高岭石对PCP和PHE的吸附随不同类型离子(Na+、K+、Mg2+、Ca2+)浓度的增加而降低。在低离子强度下,三种纳米颗粒对PCP和PHE的吸附量较高。随着离子强度增加,纳米颗粒稳定性减弱,团聚增加,供有机污染物吸附的位点减少,因此三种纳米颗粒对PCP和PHE的吸附随浓度的增加而降低。此外,金属离子与吸附剂表面配位形成的水化膜的竞争吸附、以及吸附剂分子表面电荷屏蔽作用也是抑制三种纳米颗粒对PCP和PHE吸附的作用机制。 (3)揭示出不同天然纳米颗粒对PCP和PHE的吸附能力和机制不尽相同。总体上,纳米蒙脱石的吸附能力强于其他两种天然纳米颗粒。不同天然纳米颗粒对PCP的吸附量遵循纳米蒙脱石纳米赤铁矿纳米高岭石的顺序。不同天然纳米颗粒对PHE的吸附量和局值则遵循纳米蒙脱石纳米高岭石纳米赤铁矿的顺序。这种吸附性能的差异可能由不同纳米颗粒表面性质和晶型结构引起。此外,通过天然纳米颗粒和人工纳米颗粒对有机污染物吸附性能之间差异的综合比较,发现天然纳米颗粒由于具有较高的吸附量、高的吸附亲和力、吸附速率快、不具有潜在的生态危险且成本较低等特点,其对有机污染物的吸附可能比人工纳米颗粒更为有效。因此,应用天然纳米颗粒修复有机污染环境可以获得良好的经济效应和生态效应。

【关键词】：
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X505;O647.3
【目录】：

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本文编号：211994