硝酸鹽污染物在不同介質(zhì)下的最大吸附量研究

向　韜，馬延庚

(沈陽建筑大學(xué)，遼寧　沈陽　110168)

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硝酸鹽污染物在不同介質(zhì)下的最大吸附量研究

向韜，馬延庚

(沈陽建筑大學(xué)，遼寧沈陽110168)

為探討不同介質(zhì)對硝酸鹽污染物的吸附情況，通過靜態(tài)試驗(yàn)，探究了細(xì)砂、黃土、粉質(zhì)粘土三種介質(zhì)對硝酸鹽的吸附效果，以期為硝酸鹽污染的治理提供參考。根據(jù)試驗(yàn)測定的結(jié)果繪制Langmuir等溫吸附曲線，結(jié)果表明不同介質(zhì)對硝酸鹽污染物的最大吸附量不同，且以粉質(zhì)粘土的吸附量最大，qm=35.72 mg/kg。其原因主要來自于溶液介質(zhì)粒徑大小及比表面積對吸附過程產(chǎn)生不同的影響，粉質(zhì)粘土粒徑最小且比表面積最大故對硝酸鹽污染物產(chǎn)生的吸附效果更明顯。

介質(zhì)；硝酸鹽；吸附量；Langmuir等溫吸附曲線

流體與多孔固體接觸的時候會發(fā)生吸附效應(yīng)，這是流體中的物質(zhì)在被接觸固體表面處累積的一種現(xiàn)象。吸附存在吸附劑和吸附質(zhì)，吸附劑是指吸附過程中的固體可以為物質(zhì)提供接觸表面，而相對的在吸附質(zhì)表面累積的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)[1]。

在硝酸鹽污染物遷移轉(zhuǎn)化的過程中，一定會與其經(jīng)過的介質(zhì)接觸，由于介質(zhì)本身會對污染物產(chǎn)生一定的截留作用，所以當(dāng)吸附質(zhì)從水中移至吸附劑顆粒表面時便發(fā)生了發(fā)生吸附。不少學(xué)者針對硝酸鹽污染物的吸附做了研究[2-5]。目前常用 Langmuir 和 Freundlich 模型描述吸附劑對溶質(zhì)的吸附熱力學(xué)過程，本試驗(yàn)擬合曲線采用Langmuir等溫吸附曲線。

Langmuir 吸附等溫方程：

Ce/qe=1/(KL·qm)+Ce/qm

式中：Ce——達(dá)到平衡時吸附質(zhì)的平衡濃度，mg/L

qe——吸附劑對吸附質(zhì)的平衡吸附量，mg/g

qm——吸附劑對吸附質(zhì)的飽和吸附量，mg/g

KL——Langmuir 吸附常數(shù)

本試驗(yàn)通過分析三種不同介質(zhì)對硝酸鹽污染物的吸附情況，并對吸附數(shù)據(jù)做線性曲線擬合，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)深入分析對廢水中硝酸鹽污染物的吸附機(jī)理，探討不同介質(zhì)對硝酸鹽污染物的吸附效果影響。為硝酸鹽的治理提供理論參考。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1材料及方法

試驗(yàn)室預(yù)先準(zhǔn)備18個250 mL錐形瓶編號為1-18號。分別稱取50 mg的黃土置于1～6號錐形瓶中，分別稱取50 mg的細(xì)砂置于7～12號的錐形瓶中，分別稱取50 mg的粉質(zhì)粘土置于13～18號錐形瓶中。1～18號錐形瓶添加試驗(yàn)用水至250 mL刻度線位置處。

分別向1～6號錐形瓶投加KNO3(分析純硝酸鉀)0 mg/L，8 mg/L,16 mg/L,24 mg/L,32 mg/L,40 mg/L；類似的向 7～12號錐形瓶投加KNO3(分析純硝酸鉀)0 mg/L,8 mg/L,16 mg/L,24 mg/L,32 mg/L,40 mg/L；向13-18號錐形瓶投加KNO3(分析純硝酸鉀)0 mg/L,8 mg/L,16 mg/L,24 mg/L,32 mg/L,40 mg/L。

試驗(yàn)配水均采用沈陽建筑大學(xué)實(shí)驗(yàn)室用自來水。

1.2分析方法

qe=V(C0-Ce)/W

式中：qe——介質(zhì)對硝酸鹽氮污染物吸附容量，mg/g

V——溶液體積，L

W——硝酸鹽投加量，g

C0——原水中硝酸鹽氮濃度，mg/L

Ce——吸附平衡時水中剩余硝酸鹽氮濃度，mg/L

2　結(jié)果與討論

圖1　粉質(zhì)粘土的Langmuir等溫吸附曲線擬合Fig.1　Adsorption isotherms of Langmuir of silty clay

圖2　黃土的Langmuir等溫吸附曲線擬合Fig.2　Adsorption isotherms of Langmuir of loess

圖3　細(xì)砂的Langmuir等溫吸附曲線擬合Fig.3　Adsorption isotherms of Langmuir of fine sand

如圖1、圖2及圖3所示硝酸鹽污染在不同介質(zhì)中的最大吸附量以粉質(zhì)粘土為吸附介質(zhì)的溶液系統(tǒng)的最大吸附量較大于以黃土和細(xì)砂為吸附介質(zhì)的溶液系統(tǒng)。其他條件相同的情況下。在影響溶液吸附的過程中，吸附劑本身對吸附的影響是主要因素，吸附劑自身的物理、化學(xué)等性質(zhì)是硝酸鹽污染物在不同介質(zhì)中表現(xiàn)出的不同最大吸附量的差異主要來自于溶液介質(zhì)粒徑大小及比表面積對吸附過程產(chǎn)生不同的影響，本試驗(yàn)中粉質(zhì)粘土相對粒徑最小，當(dāng)硝酸鹽污染物透過粉質(zhì)粘土介質(zhì)時，粘土?xí)ζ洚a(chǎn)阻滯作用，使其一部分吸附在自身上，孔徑越小對污染物穿透的阻滯作用越大，對污染物產(chǎn)生的吸附量越大。

表1　Langmuir等溫吸附方程Table 1　The isothermal adsorption equation of Langmuir

粘土是黏粒礦物的主要次生物，主要是多糖、蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)[6]。其顯著特性是其比表面積相當(dāng)大(1 g膠體大約有200～300 m2)，具有相當(dāng)大的反應(yīng)活性和吸附性；由于土壤膠體有巨大的比表面，所以會產(chǎn)生巨大的表面能，所以在各個方向上受的分子引力相等而相互抵消。而表面分子則不同，它與外界的氣體或液體接觸，在內(nèi)外兩面受到的是不同的分子引力，不能相互抵消，所以具有剩余的分子引力，由此而產(chǎn)生表面能，這種表面能可以做功，吸附外界分子，膠體數(shù)量越多，比表面越大，表面能也越大，吸附能力也越強(qiáng)。

3　結(jié)　論

不同介質(zhì)對硝酸鹽污染物的最大吸附量不同，且以粉質(zhì)粘土的吸附量最大，qm=35.72 mg/kg。其原因主要來自于溶液介質(zhì)粒徑大小及比表面積對吸附過程產(chǎn)生不同的影響，粉質(zhì)粘土粒徑最小且比表面積最大故對硝酸鹽污染物產(chǎn)生的吸附效果更明顯。

[1]徐紹輝，朱學(xué)愚. 地下水石油污染治理的水力截獲技術(shù)及數(shù)值模擬[J]. 水利學(xué)報，1999(1)：71-76.

[2]李際會.改性生物炭吸附硝酸鹽和磷酸鹽研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2012.

[3]鄭雯婧,林建偉,詹艷慧,等.鋯-十六烷基三甲基氯化銨改性活性炭對水中硝酸鹽和磷酸鹽的吸附特性[J].環(huán)境科學(xué)，2015(06).

[4]王玉姣,任勇翔,葉媛媛,等.離子交換樹脂吸附水中硝酸鹽動力學(xué)和熱力學(xué)研究[J].給水排水，2013(S1):18-21.

[5]李松,曾林慧,陳英旭.竹炭對飲用水中硝酸鹽的吸附特性及影響因素研究[J].凈水技術(shù)， 2007,26(4)：65-68.

[6]占新華.水溶性有機(jī)物對多環(huán)芳烴-菲環(huán)境行為的影響及其機(jī)制研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[7]胡黎明,郝榮福,殷昆亭.BTEX 在非飽和土和地下水系統(tǒng)中遷移的試驗(yàn)研究[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003,43 (11)：1546-1549,1553.

Study on the Maximum Adsorption of Nitrate under Different Medium

XIANGTao，MAYan-geng

(Shenyang Jianzhu University, Liaoning Shenyang 110168, China)

In order to investigate the maximum adsorption of nitrate under different medium, through static test, adsorption of nitrate under different medium was studied. Drawing Langmuir isothermal absorption curve according to data, the results showed that the maximum adsorption varied from different medium. Silty clay had a maximum adsorption of qm=35.72 mg/kg which was mainly due to the different effect made by size of solution mediated plasmid and specific surface area on adsorption process. Slity clay has the largest specific surface area and the smallest diameter which has more obvious adsorption effect.

medium；nitrate；adsorption；Langmuir isothermal absorption curve

向韜(1990-)，男，碩士研究生，主要從事水污染治理。

X523

B

1001-9677(2016)08-0113-02