不同价态锑化合物在天然有机质/矿物复合物表面的吸附与解吸研究

锑正在成为一种全球性的污染物，而我国是一个产锑大国，锑污染也极为严重。污染物在环境矿物及天然有机质等环境介质表面所发生的吸附解吸，及伴随吸附过程而存在的氧化还原反应，是影响污染物在环境中分布、迁移转化的重要途径。本课题拟探讨不同价态锑化合物与阴离子在矿物表面及矿物/天然有机质复合物表面的竞争吸附及解吸的特征，测定吸附的热力学及动力学特征，研究温度、pH、离子强度和干扰离子对吸附的影响，并利用现代仪器分析技术如原子力显微镜、光电子能谱等从分子水平探讨不同价态锑化合物、天然有机质与矿物表面之间相互作用的微观机理，试图从微观机理解释各种矿物所表现出的不同的吸附解吸行为。通过这些研究对于了解环境中锑的形态分布、迁移转化规律，以及生物有效性方面的评价具有重要的理论和实际意义。

环境中的锑污染正逐渐引起各国学者的共同关注，并成为环境化学领域中的一个研究热点问题。而我国由于锑矿储量丰富，长年的开采冶炼使得矿区周围的水、土壤、大气、植物均已受到不同程度的污染。而锑在矿物表面的吸附、解吸、氧化是影响其环境行为的重要过程。高岭土和针铁矿是环境中常见的两种组分，本研究主要开展了锑的形态分析，以及锑在高岭土和针铁矿表面的吸附，解吸，氧化的研究。研究结果表明，利用氢化物发生-原子荧光光谱法(HG-AFS)进行锑的形态分析时，样品中的Sb(V)会产生荧光信号，从而使得Sb(III)的测量结果偏高。控制载流液与反应介质的HCl的浓度，并加入柠檬酸与氟化钠做掩蔽剂，可以抑制Sb(V)所产生的荧光信号，从而实现Sb(III)的准确测量。在Sb(III)-高岭土-竞争性离子的三元体系以及Sb(III)-高岭土的二元体系中，在反应最初的12小时内，反应速度很快，随后，明显变慢。与NO3-，SO42-相比，PO43-对Sb(III)在高岭土表面的吸附有明显的促进作用。在二元体系与三元体系的不同温度下的等温吸附可以用Langmuir与Freundlich模型很好地拟合。通过三个温度下的等温吸附数据计算了两个反应体系的热力学参数，表明吸附过程为自发放热过程。吸附后的溶液中，检测到Sb(V)的存在，说明吸附过程伴随着Sb(III)的氧化。Sb(III)在高岭土表面的吸附及氧化同时发生，高岭土可能是氧化反应的催化剂，而氧气可能是氧化剂。反应介质的pH值对吸附及氧化过程有显著的影响，碱性介质中，溶液中Sb(V)的量远高于中性及酸性介质中。吸附前后高岭土样品的X-射线光电子能谱(XPS)的分析表明，高岭土表面的≡AlOH，≡SiOH，≡MgOH基团参与了吸附反应。在有NO3-，SO42-，PO43-存在的Sb(III)-针铁矿-竞争性离子三元体系，以及不添加竞争性离子的Sb(III)-针铁矿二元体系中，在最初的8小时内，反应速度极快，之后，动力学曲线变平缓。PO43-对Sb(III)的吸附有明显的抑制作用。动力学模型拟合表明反应级数为2。三个温度下的等温吸附数据均可以用Langmuir和Freundlich模型很好地拟合。热力学数据表明吸附过程为自发放热反应。吸附后的溶液中检测到Sb(V)的存在，说明针铁矿存在时，体系中的Sb(III)被氧化为Sb(V)，并有少量Sb(V)解吸。