4络合作用与吸附平衡.ppt

水体中螯合剂对重金属迁移转化影响 腐殖质的生成及其主要成分 由于腐殖质（Humus）的组成和结构非常复杂，尽管1800年前腐殖质就已经为人所知，但目前人们对它的化学性质和结构等方面迄今还不十分了解。但长期以来，人们对它的研究兴趣却一直有增无减，目前，腐殖质化学已经成为化学上的一个分支学科。 腐殖质的化学结构 腐殖质具有非常复杂的化学结构，而且结构还随其来源（如土壤、淡水、海水、褐煤、沉积物）而异。据分析，腐殖酸分子核心是一个含大量有机杂原子基团的高分子化合物，核心外围联结很多功能基因。腐殖质的结构中含有羧基、酚基、醇基、羰基等官能团，具有如下的结构特点： （1）以碳链为骨架，以—O—，—N—为交联基团； （2）含氢键，带有很多含氧功能基； 由腐殖质形成螯合物 腐殖质对环境中几乎所有金属离子都有螯合作用，对于过渡金属尤其如此。对金属螯合能力强弱一般符合欧文-威廉（Irving-William）次序即： Mg＜Ca＜Cd＜Mn＜Co＜Zn≈Ni＜Cu＜Hg 表2-11列举了各种来源的腐殖质与金属阳离子形成螯合物的稳定常数。 吸附现象及其类别 呈离子或分子状态的吸附质在吸附剂边界层浓集的过程就是吸附。一般吸附剂是固体，所以按吸附质所在介质是气体或液体，可将吸附分为气-固吸附和液-固吸附。在天然水系统中，悬浮粒子和沉积物都可成为吸附剂，吸附着作为吸附质的各种污染物质。 从热力学观点考虑，由于吸附过程是自发发生的，自由焓变化△G0为负值；又因为吸附质的分子或离子在过程中增大了有序度，所以熵变△S0也为负值，因此按△G0=△H0-T△S0式，焓变△H0必小于零，也就是吸附过程都是放热的过程。 吸附等温线 用于阐明吸附平衡的吸附等温线方程有三种基本类型，即弗罗德里希方程、朗格缪尔方程和BET（布鲁诺-埃米特-泰勒）方程。 基于许多实验结果归纳得出的弗罗德里希(Freundlich)方程如下： 例：在1g以粘土为主要组分的土壤中，1）当水相中镉平衡浓度为10-6mol/L时，镉的吸附量是多少？已知镉在水土间的吸附分配系数Kd＝210ml/g。 解：镉在这类土壤中被吸附的等温线符合Freundlich方程，且1/n＝1，所以有 y＝KdC 式中，C的单位为mol/L，Kd的单位为ml/g。 y＝KdC ＝（210×10-3）×10-6＝2.10×10-7mol/g 吸附速率即为单位时间内吸附到吸附剂上的吸附物浓度。通过实验可测得吸附速率。 假定在某一温度下，吸附物的起始浓度为c0，ct为t时刻吸附物的浓度，c0-ct则为经过t时刻被吸附在吸附剂上的吸附物浓度，将c0-ct对t作图。 计算曲线下部面积即为吸附量。 影响吸附作用的因素很多，首先是pH对吸附作用的影响，在一般情况下，颗粒物对重金属的吸附量随pH升高而增大。其次是颗粒物粒度和浓度的对重金属的吸附量影响，颗粒物对重金属的吸附量随粒度增大而减小，当溶质浓度固定时，吸附量随颗粒物浓度增大而减小。 吸附量、 pH和平衡浓度c之间的关系如下： 粘土吸附 粘土是水中作为胶体物质存在的最重要的一类常见矿物质。粘土是次生矿物质 (secondary minerals), 是通过风化和其他化学过程从初生岩石形成的，主要有水合铝、硅氧化物组成。一些粘土的化学通式是：高岭土,Al2（OH）4-Si2O5；胶岭土，Al2（OH）2Si4O10；囊脱石，Fe2（OH）2Si2O10；含水云母，KAl2（OH）2（AlSi3）O10。镁和铁常常是同粘土矿物质相伴生的。最常见的粘土矿物质类是伊利石，胶岭土，绿泥石和高岭土。这些粘土矿物质可通过化学通式、结构、以及化学和物理性质来区分。 作业 P89: 2, 3 补充作业： （1） pH=7.00， [HCO-3]=1.25×10-3M的水中， HT2-与PbCO3处于平衡，计算NTA 中HT2-和PbT-占的比例？并分析NTA对重金属的溶解效应。 （2）要制取1000L软化水，已知钙的总量40mg/L, [CO2-3] = 1.0×10-4M，pH=9.0，计算至少需加入多少mol NTA才能阻止碳酸钙水垢的形成？（碳酸钙Ksp=7.2×10-9, NTA式量=257） 常用于描述单分子层吸附的朗格缪尔方程(Langmuir equation)为： 式中, x—吸附量；单位为mg/g或mol/g等; xm—单位质量吸附剂的最大吸附量,也称为单分子层饱和