西湖底泥对水中苯胺.苯酚的吸附性能及机理3
2000年3月
M ar . , 2000
西湖底泥对水中苯胺、苯酚的吸附性能及机理
@m ail . hz . zj . cn )
3
朱利中, 徐霞, 胡松, 邹忠利, 鲍卫民, 陈宝梁(浙江大学环境科学系, 杭州 310028, E 2m ail :lzzhu
摘要:研究了杭州西湖5个不同采样点底泥对水中苯胺、苯酚的吸附性能及机理, 初步探讨了pH 和振荡时间对吸附的影响. 结果表明, 西湖底泥中有机碳含量较高(5166%～11190%) , 对水中苯胺的吸附作用及其去除率与底泥的有机碳含量成正相关(r
=01998) ; 对苯酚的吸附作用及其去除率与底泥的比表面积成正相关(r =01942) .
关键词:底泥, 吸附, 苯胺, 苯酚, 西湖.
中图分类号:X 131 文献标识码:A 文章编号:025023301(2000) [1**********]
Adsorption and Partition of An il i ne and Phenol on W est Lake ’s Sed i 2m en ts
Zhu L izhong , Xu X ia , H u Song , Zou Zhongli , B ao W ei m in , Chen B ao liang (D epartm en t of Envi 2
. hz . zj . cn ) ronm en tal Sciences , Zhejiang U n iversity , H angzhou 310028, Ch ina E 2m ail :lzzhu @m ail
Abstract :So rp ti on p roperties and m echan is m s of an iline and pheno l to five W est L ake’ssedi m en ts in differen t
. Effects of pH and shak ing ti sites w ere investigated in detail m e on an iline and pheno l so rp ti on to sedi m en ts
from w ater w ere evaluated . T he o rgan ic carbon con ten ts of W est L ake’ssedi m en ts w ere 5. 66%～11. 90%.
. So rp ti on A n iline so rp ti on to sedi m en ts from w ater w as p ropo rti onal to the o rgan ic carbon con ten ts of sedi m en ts . and removal rates of pheno l from w ater w ere p ropo rti onal to the specific su rface areas of sedi m en ts
Keywords :sedi m en ts , so rp ti on , an iline , pheno l , W est L ake .
沉积物是水中各种污染物的源和汇, 其对有机化合物吸附主要有2种机理, 即分配作用(p artiti on ) 和表面吸附作用(adso rp ti on ) . 研究表明[1～3], 底泥对水中疏水有机物的富集主要是分配作用所致, 与底泥(沉积物) 中有机物的结构和有机碳含量有关[4～6]. 但迄今研究较多的是底泥对非极性有机物的吸附作用及机理, 也有一些对极性或可离子化有机污染物吸附性能及机理的研究[7～8].
西湖水体富营养化及有机物污染严重. 但迄今人们还未研究过有机污染物在西湖底泥 水间的环境化学行为. 本文研究了西湖底泥对水中苯胺、苯酚的吸附作用, 探讨了底泥的有机碳含量及比表面积对吸附作用的影响. 1 实验部分111 实验材料及仪器
(1) 底泥样品的采样及制备 5个底泥样
品分别取自西湖不同地点(图1) 的表层泥(0～
20c m ) , 去除碎石、败叶等杂物; 经空气自然风干, 样品用研钵捣碎研细、过100目孔径筛, 备用.
(2) 仪器及试剂 TH Z 282型恒温调速振荡器, LD 422低速离心机, 722型光栅分光光度计. 苯胺、苯酚等均为分析纯试剂. 112 水中有机物的测定
水中苯胺、苯酚的测定分别用盐酸萘乙二胺和42氨基氨替比林分光光度法, 其检测限分别为0103m g L 和0105m g L . 113 吸附实验方法
3 浙江省自然科学基金青年科技人才培养专项资金资助项
目
作者简介:朱利中(1959～) :男, 浙江上虞人, 教授, 主要研究方向有污染控制化学、环境污染化学和环境分析化学Λ收稿日期:1999207226
都选择10h . 从表2可以看出, 在pH 7～12范围
内, 底泥对水中苯酚(200m g L ) 的去除率在13%左右; 考虑到实际水环境的状况, 故选pH 为7.
表1 底泥的有机碳含量、比表面积及阳离子交换容量
N o . 12345
%SA 采样点f OC m 2・g -1
CEC m eq ・100g -[***********]2298100
1
图1 西湖底泥采样点分布
湖 心
少年宫三公园里西湖岳 庙
[***********]166
[***********]69
在一系列150m l 磨口三角锥瓶中, 加入已知浓度的苯胺或苯酚溶液和110g 底泥样品, 加塞密封后, 在25℃下, 振摇10h , 振荡后静置30m in , 在低速离心机上离心(3500r m in ) 5m in ; 用分光光度法测定其上清液中苯胺或苯酚的残留浓度(平衡浓度) ; 计算出底泥对苯胺
pH
表2 pH 对苯酚去除率的影响
610
710
8101214
9101312
10101510
11101516
12101316
去除率 %8181319
213 底泥对苯胺、苯酚的吸附性能及机理
(1) 等温吸附曲线 在25℃、振荡pH =7、
时间为10h 的条件下, 分别做了5种西湖底泥
或苯酚的吸附量. 试验表明, 实验过程中苯胺、对苯胺、苯酚的吸附实验, 绘制了苯胺、苯酚的苯酚挥发及光解等损失非常小, 可忽略不计. 等温吸附曲线, 如图2和图3所示.
将吸附实验数据进行回归分析, 发现底泥2 结果与讨论
对苯胺、苯酚的吸附曲线均基本符合线性方程:
211 底泥的基本性质(1) Q =K c e +A
分别用丘林法、N 22B ET 法和N H 4C l 2式中, Q 为吸附量, c e 为平衡浓度, K 和A 为待C 2H 5O H 法测定了5种底泥的有机碳含量
定系数. 5种西湖底泥对苯胺、苯酚吸附的线性(f OC ) 、比表面积(SA ) 和阳离子交换容量方程及相关系数见表3. (CEC ) , 其结果见表1. 实验表明, 西湖底泥的苯胺、苯酚的等温曲线表明:西湖底泥对苯有机碳含量很高, 有机质主要以腐殖质的形态胺的等温吸附曲线呈线性, 直线的斜率与底泥存在, 其中胡敏素的相对含量最高(53%～中有机碳含量成正相关(相关系数大于0197) , 61%) , 其次为胡敏酸(9%～20%) . 结果还表即有机碳含量较高的底泥对苯胺有较强的吸附明, 从底泥1号到5号, 有机碳含量逐渐降低, 但其比表面积(SA ) 逐渐上升, 即底泥中有机碳
能力和吸附容量. 而底泥对苯酚的等温吸附曲线也呈线性(相关系数大于0198) , 直线的斜率
含量(f OC ) 与比表面积(SA ) 成负相关, 而与与底泥中有机碳含量成负相关, 而与底泥的比
表面积成正相关; 如在5个底泥样品中, 5号底. CEC 无明显关系
泥的比表面积最大, 它对苯酚的吸附能力和吸212 底泥吸附有机物的适宜条件
试验了振荡时间及pH 值对西湖底泥吸附附容量最大.
(2) 底泥对苯胺、苯酚吸附性能及机理初探苯胺、苯酚性能的影响. 结果表明, 随着振荡时 根据表3所列的线性方程可以求得5种西湖
苯酚的吸附常数K (见表4) . 一般上升, 苯酚在7h 后达到平衡, 苯胺在6h 后达到底泥对苯胺、
平衡; 故在以下实验中, 苯酚、苯胺的振荡时间有机物在底泥(沉积物) 上的吸附系数常以有机间的增加, 底泥对水中苯酚、苯胺的吸附量逐渐
图2
苯胺的等温吸附曲线图3 苯酚的等温吸附曲线
表3 苯胺、苯酚的线性等温吸附曲线方程
底 泥湖心
少年宫三公园里西湖岳 庙
Q =Q =Q =Q =Q =
苯 酚线性方程
11099c e +1199911582c e +5114611867c e +5102611997c e +3145321130c e +41494
r
[***********]9401992
Q =Q =Q =Q =Q =
苯 胺线性方程
11395c e +0104211294c e -0104211162c e +0109501894c e -0116101779c e +01524
r
[***********]9101984
碳标化过的分配系数(K OC ) 表示, 即
K OC =K f OC
为碱性有机物, 它与底泥中腐殖质等酸性物质(2)
式中, K OC 为底泥有机碳标化过的分配系数, f OC
结合, 而苯酚则不能. 因此, 可认为西湖底泥对
苯胺的吸附主要是分配作用(p artiti on ) , 分配
为底泥中有机碳的百分含量. 5种西湖底泥对作用的强弱与底泥中有机碳含量成正相关; 底
泥对苯酚的吸附可能由表面吸附作用(adso rp 2苯胺、苯酚吸附的K OC 值见表4.
ti on ) 所致, 吸附作用的大小与底泥的比表面积表4 底泥吸附苯胺、苯酚的吸附常数
底 泥湖 心
少年宫三公园里西湖岳 庙
苯 酚
K
K OC
K
苯 胺
K OC
成正相关, 其吸附机理有待进一步探讨.
为证实底泥对苯胺、苯酚吸附作用的机理, 利用1100g 不同底泥分别处理200m g L 的苯胺或苯酚水溶液, 计算有机物的去除率, 并将底泥对苯胺、苯酚的去除率分别对f OC 、SA 作回归分析. 图6表明, 底泥对水中苯胺的去除率与其有机碳含量(f OC ) 成正相关(r =996) , 即底泥
[***********]13
[***********]937163
[***********]78
[***********]5913178
研究结果表明, ①西湖底泥对水中苯胺、苯
酚的吸附(so rp ti on ) 作用机理并不相同, 苯胺的有机碳含量越高, 对苯胺的去除率越高. 图7则吸附系数与西湖底泥中有机碳的含量成正相关表明, 底泥对苯酚的去除率与其比表面积成正(图4) , 相关系数为01988, 即有机碳含量较高相关(r =01959) . 这进一步说明, 底泥对水中苯的底泥对苯胺的吸附能力较强; 而苯酚的吸附胺的吸附以分配作用为主, 而对苯酚的吸附可系数与底泥中有机碳含量成负相关, 与比表面能以表面吸附为主. 积(SA ) 成正相关, 其相关系数为01979(图5) .
3 结论
②苯胺的K OC 值在11176～14159之间(平均值为13123) , 基本为一常数; 而苯酚的K OC 值在
西湖底泥有机碳含量较高; 底泥对水中9124～37163之间, 相差4倍多; 其原因是苯胺苯胺的吸附(so rp ti on ) 主要是分配作用
图4 底泥对苯胺的吸附系数(K ) 与有
机碳含量(f OC )
的关系
图5 底泥对苯酚的吸附系数(K ) 与比表面
积(SA )
的关系
图6
底泥对苯胺的去除率与有机碳含量的关系图7 底泥对苯酚的去除率与比表面积的关系
(p artiti on ) , 吸附作用的大小及底泥对苯胺的
from w ater . Environ . Sci . T echno l . , 1995, 29(3) :685
～692.
4 Ch i ou C T , Po rter P E, Schm edding D W. Partiti on e 2
quilibrium of noni onic o rganic m atter and w ater . Envi 2. T echno l , 1983, 17:227～231. ron . Sci
5 李晖, 邹惠仙, 许欧泳. 土壤和沉积物的有机质组分对水
去除率与其有机碳含量成正相关; 底泥对苯酚的吸附主要为表面吸附(adso rp ti on ) , 吸附作用的大小及底泥对水中苯酚的去除率与其比表面积成正相关.
参考文献
1 Xu S , Sheng G and Boyd S A . U se of o rganoclays in po l 2
luti on abatem ent . A dvances in A gronom y , 1997, 59:25
中非离子有机物吸着的影响. 环境化学, 1995, 14(2) :124～127.
6 K ile D E , Ch i ou C T , Zhou H , L i H , Xu O . Partiti on of
nonpo lar o rganic po llutants from w ater to so il and sedi 2. T echno l , 1995, 29m ent o rganic m atters . Environ . Sci (5) :1401～1406.
7 李铁, 叶常明. 酚类化合物在水体颗粒物上的吸附实验.
～62.
2 Ch i ou C T , M cgroddy S E and K ile D K . Partiti on char 2
acteristics of po lycyclic arom atic hydrocarbons on so ils . T echno l . , 1998, 32(2) :and sedi m ents . Environ . Sci 264～269.
3 Sm ith J A and Galan A . So rp ti on of noni onic o rganic con 2
tam inants to single and dual o rganic cati on bentonites
环境化学, 1997, 16(3) :227～232.
8 雷志芳, 叶常明. 苯胺在水体悬浮颗粒物上的吸附特征.
环境科学, 1998, 19(6) :70～72.