有機污染物在土壤界面上的吸附行為PPT課件

1、一、土壤的組成一、土壤的組成第1頁/共39頁第2頁/共39頁第3頁/共39頁第4頁/共39頁第5頁/共39頁二、污染物在土壤界面上的吸附機理二、污染物在土壤界面上的吸附機理adsorptionSorptionpartition溶質(zhì)分子與固溶質(zhì)分子與固體表面或內(nèi)部體表面或內(nèi)部孔徑表面相結(jié)孔徑表面相結(jié)合的過程合的過程吸附質(zhì)有機物吸附質(zhì)有機物穿入某一有機穿入某一有機相而被該有機相而被該有機相吸收的過程相吸收的過程第6頁/共39頁第7頁/共39頁分配作用和吸附作用的比較分配作用和吸附作用的比較第8頁/共39頁1 1、線性分配吸附模型、線性分配吸附模型土壤-水體系中一些非離子型有機物的吸附等溫線 土壤有

2、機質(zhì)被認(rèn)為是具有三維空間結(jié)構(gòu)的大分子聚合物，它具有有機親脂相，能使疏水性有機物質(zhì)從水環(huán)境中逃逸到親脂相。吸附過程相當(dāng)于有機污染物在土壤的有機相與水之間的分配作用。第9頁/共39頁解吸滯后解吸滯后競爭吸附現(xiàn)象競爭吸附現(xiàn)象低濃度，非線性低濃度，非線性吸附速率隨時間增加而減慢吸附速率隨時間增加而減慢存在問題存在問題第10頁/共39頁2 2、非線性表面吸附與分配吸附聯(lián)合作用、非線性表面吸附與分配吸附聯(lián)合作用要點一要點一要點二要點二要點三要點三三元反應(yīng)模型三元反應(yīng)模型土壤土壤/沉積物對有機污染物的吸附是由一系列線沉積物對有機污染物的吸附是由一系列線性和非線性的吸附反應(yīng)組合而成。性和非線性的吸附反應(yīng)組合而

3、成。土壤是高度不均一的吸附劑，競爭吸附是由土壤是高度不均一的吸附劑，競爭吸附是由土壤有機質(zhì)本身的不均一性引起的土壤有機質(zhì)本身的不均一性引起的吸附有機污染物的組分為無機礦物、無定形的有機吸附有機污染物的組分為無機礦物、無定形的有機質(zhì)（軟碳）、凝聚態(tài)的有機質(zhì)（硬碳）。無機礦物質(zhì)（軟碳）、凝聚態(tài)的有機質(zhì)（硬碳）。無機礦物和軟碳的吸附以線性分配為主，快速可逆，硬碳則和軟碳的吸附以線性分配為主，快速可逆，硬碳則為非線性吸附，吸附緩慢。為非線性吸附，吸附緩慢。第11頁/共39頁要點一要點一要點二要點二要點三要點三有機污染物在溶解相上的吸附是分配過程，孔有機污染物在溶解相上的吸附是分配過程，孔隙填充相的吸附

4、服從朗格繆爾等溫模式。隙填充相的吸附服從朗格繆爾等溫模式。土壤有機質(zhì)中有大量微小孔隙，這些空隙的物土壤有機質(zhì)中有大量微小孔隙，這些空隙的物化性質(zhì)不同?？紫妒前l(fā)生吸附的確切位點，孔化性質(zhì)不同。孔隙是發(fā)生吸附的確切位點，孔隙不同，吸附能力也不同。隙不同，吸附能力也不同。土壤有機質(zhì)分為溶解相和孔隙填充相土壤有機質(zhì)分為溶解相和孔隙填充相雙態(tài)吸附模型雙態(tài)吸附模型第12頁/共39頁有機物的不可逆吸附有機物的不可逆吸附 Pignatello Pignatello認(rèn)為，玻璃態(tài)（凝聚態(tài)的土壤有認(rèn)為，玻璃態(tài)（凝聚態(tài)的土壤有機質(zhì)）中的孔隙剛性強，一旦有機分子鉆入則很機質(zhì)）中的孔隙剛性強，一旦有機分子鉆入則很難出來，

5、而橡膠態(tài)（無定形的土壤有機質(zhì)）的孔難出來，而橡膠態(tài)（無定形的土壤有機質(zhì)）的孔隙彈性較強，鉆入這些孔隙的有機分子比較容易隙彈性較強，鉆入這些孔隙的有機分子比較容易出來出來第13頁/共39頁三、土壤黑碳對污染物的吸附三、土壤黑碳對污染物的吸附黑碳是有化石燃料和生物質(zhì)等不完黑碳是有化石燃料和生物質(zhì)等不完全燃燒生成，在土壤和底泥中普遍全燃燒生成，在土壤和底泥中普遍存在，占總有機碳含量的存在，占總有機碳含量的1%-20%1%-20%。從結(jié)構(gòu)上看，黑碳和活性炭相似，從結(jié)構(gòu)上看，黑碳和活性炭相似，由細(xì)小的石墨碎片經(jīng)高度無序堆積由細(xì)小的石墨碎片經(jīng)高度無序堆積而成的疏松，多孔的聚集混合物。而成的疏松，多孔的聚集

6、混合物。不同來源。燃燒方式以及燃燒條件不同來源。燃燒方式以及燃燒條件下制備的黑碳，在結(jié)構(gòu)形態(tài)和化學(xué)下制備的黑碳，在結(jié)構(gòu)形態(tài)和化學(xué)組成上差異顯著。組成上差異顯著。 黑黑碳碳第14頁/共39頁 黑碳對有機污染你具有很強的吸附能力，特別是當(dāng)有機污染黑碳對有機污染你具有很強的吸附能力，特別是當(dāng)有機污染物濃度較低時，其吸附能力遠(yuǎn)高于其他形態(tài)的土壤有機質(zhì)，如腐物濃度較低時，其吸附能力遠(yuǎn)高于其他形態(tài)的土壤有機質(zhì)，如腐植酸。植酸。 一般認(rèn)為，腐殖質(zhì)對有機物的吸附為線性分配，黑碳對有機一般認(rèn)為，腐殖質(zhì)對有機物的吸附為線性分配，黑碳對有機物的吸附為非線性表面吸附。在物的吸附為非線性表面吸附。在375空氣中灼燒可以

7、去除的有機空氣中灼燒可以去除的有機質(zhì)為腐殖質(zhì)，而不能去除的有機質(zhì)為黑碳質(zhì)為腐殖質(zhì)，而不能去除的有機質(zhì)為黑碳(a)(a)蘇州地區(qū)水稻土蘇州地區(qū)水稻土(b)(b)沈陽地區(qū)淋溶土沈陽地區(qū)淋溶土q q和和CwCw分別為吸附平衡時固相和液相的濃度分別為吸附平衡時固相和液相的濃度第15頁/共39頁tt影響黑碳吸附有機污染物的因素影響黑碳吸附有機污染物的因素黑碳表面黑碳表面化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)黑碳孔黑碳孔隙結(jié)構(gòu)隙結(jié)構(gòu)特征特征-電電子交互子交互作用作用水化學(xué)水化學(xué)條件條件第16頁/共39頁 水分子通過氫鍵作用，在黑水分子通過氫鍵作用，在黑碳表面含氧官能團(tuán)周圍形成團(tuán)簇，碳表面含氧官能團(tuán)周圍形成團(tuán)簇，從而減少了有機污

8、染物的吸附位從而減少了有機污染物的吸附位點，導(dǎo)致吸附量顯著下降。點，導(dǎo)致吸附量顯著下降。苯系列化合物在楓木炭上的吸附等溫線苯系列化合物在楓木炭上的吸附等溫線第17頁/共39頁不同化合物在木炭、石墨上單位面積不同化合物在木炭、石墨上單位面積的吸附量（的吸附量（q qchch、q qgrgr）對比）對比小分子化合物因為孔隙填充小分子化合物因為孔隙填充機制，在木炭上的吸附量高機制，在木炭上的吸附量高于石墨于石墨大分子化合物因為分子篩效大分子化合物因為分子篩效應(yīng)，在木炭上的吸附量低于應(yīng)，在木炭上的吸附量低于石墨石墨木炭表面含有微孔，石墨木炭表面含有微孔，石墨表面不含孔隙，且不帶有表面不含孔隙，且不帶有

9、任何官能團(tuán)任何官能團(tuán)第18頁/共39頁TNTTNT、PHENPHEN分別與石墨表面分別與石墨表面電子供體結(jié)構(gòu)、電子供體結(jié)構(gòu)、電子受體結(jié)構(gòu)間的電子受體結(jié)構(gòu)間的-電子交互作用示意圖電子交互作用示意圖芳香族化合物與黑碳表面可發(fā)生芳香族化合物與黑碳表面可發(fā)生-電子交互作用。電子交互作用。在石墨表面在石墨表面電子受體化合物和電子受體化合物和電子供體化合物間的電子供體化合物間的吸附親和力明顯比非吸附親和力明顯比非電子供體、受體化合物要強。電子供體、受體化合物要強。在石墨表面缺陷或邊緣附近區(qū)域，電子極化度較高，具在石墨表面缺陷或邊緣附近區(qū)域，電子極化度較高，具有有電子供體能力，而遠(yuǎn)離這些區(qū)域則具有電子供體能

10、力，而遠(yuǎn)離這些區(qū)域則具有電子受體電子受體能力。石墨可通過該類型表面結(jié)構(gòu)分別與能力。石墨可通過該類型表面結(jié)構(gòu)分別與電子受體、電子受體、供體發(fā)生交互作用，導(dǎo)致吸附增強。供體發(fā)生交互作用，導(dǎo)致吸附增強。第19頁/共39頁ZhuZhu等研究表面，將木炭與土壤懸濁液混合或在木等研究表面，將木炭與土壤懸濁液混合或在木炭上預(yù)吸附土壤腐殖質(zhì)后，腐殖質(zhì)可吸附在黑碳表炭上預(yù)吸附土壤腐殖質(zhì)后，腐殖質(zhì)可吸附在黑碳表面，引起孔阻塞和競爭效應(yīng)。面，引起孔阻塞和競爭效應(yīng)。ChenChen等認(rèn)為共存金屬離子也可影響木炭對有機污染等認(rèn)為共存金屬離子也可影響木炭對有機污染物的吸附。物的吸附。CuCu2+2+為硬離子，其與黑碳表面

11、官能團(tuán)配位后，周圍為硬離子，其與黑碳表面官能團(tuán)配位后，周圍可形成致密的水圈層，減少有機物的吸附位點，表可形成致密的水圈層，減少有機物的吸附位點，表現(xiàn)為抑制作用?，F(xiàn)為抑制作用。AgAg+ +為軟離子，可縮小黑碳表面官能團(tuán)周圍水圈層，為軟離子，可縮小黑碳表面官能團(tuán)周圍水圈層，增加了有機物的吸附位點，表現(xiàn)為促進(jìn)吸附的作用增加了有機物的吸附位點，表現(xiàn)為促進(jìn)吸附的作用。第20頁/共39頁展望展望影響吸附動力學(xué)的因素影響吸附動力學(xué)的因素 不可逆吸附機制不可逆吸附機制新型有機污染物的吸附機制新型有機污染物的吸附機制 吸附態(tài)污染物的生物吸附態(tài)污染物的生物和化學(xué)活性和化學(xué)活性 第21頁/共39頁第22頁/共39

12、頁DiagramThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.TitleAdd your textThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.第23頁/共39頁 Cycle DiagramTextTextTextTextTextCycle nameAdd Your Text第24頁/共39頁Diagram ThemeGall

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