對對硝基苯酚在黃河水體沉積物上的吸附行為研究

丁春　關偉　何江　周曉鐵

摘要：對對硝基苯酚在黃河水體沉積物上的吸附行為進行了實驗研究。通過對三種不同形式的吸附等溫線的比較，選擇出最符合酚類化合物的Frenunlich等溫線，同時研究了pH值、離子強度和沉積物有機質等因素對吸附的影響，結果表明，對硝基苯酚的吸附過程符合一級動力學規律，體系pH和離子強度對對硝基苯酚的吸附有較大的影響，對硝基苯酚在沉積物中有機質的分配是其被沉積物吸附的主要機理。

關鍵詞：黃河；沉積物；對硝基苯酚；吸附

1. 實驗結果與討論

1.1 對硝基苯酚在黃河水體沉積物中的吸附動力學

對硝基苯酚在黃河水體沉積物上的吸附量與時間的關系曲線見圖1。

結果表明，對硝基苯酚具有在界面上迅速分配的特性，吸附平衡時間短，平衡時間小于2小時。為了保證吸附實驗的可靠性，以12h作為吸附平衡時間。同時，對對硝基苯酚吸附過程動力學分析，由一級動力學方程dC/dt=-kC積分得：ln[（Cm-Cs）/Cm]=-kt式中，Cm為沉積物對對硝基苯酚的飽和吸附量，Cs為時間t時的吸附量。回歸方程為：ln（Cm-Cs）=-0.0799t+2.391，如圖2，表觀吸附速率常數k=0.0799。對硝基苯酚在黃河水體沉積物上的吸附符合一級動力學規律，擬合得到的動力學方程為：Cs=10.92（1-e-0.0799）。

1.2 吸附等溫線

在環境化學反應中，最常用的基本的吸附等溫線是Freundlish， Langmuir，BET等溫式，其表達式為：

（1）Freundlish等溫式：CS=KfC1/n

式中，C為吸附質的平衡濃度，CS為吸附量，Kf和1/n為待定系數。

（2） Langmuir等溫式：C/ CS=1/KB+C/B

式中，C為吸附質的平衡濃度，CS為吸附量，B為最大吸附量，K為系數。

（3）BET等溫式：C/CS （C0-C）=1/XmCn+（Cn-1）C/ Xm C0Cn

式中，C為吸附質的平衡濃度，CS為吸附量，C0為吸附質初始濃度，Xm為單分子層容量，Cn為系數。

按照上述3種等溫式計算出對硝基苯酚的吸附常數和相關系數見表1。

由表1可以看出，在這三類等溫式中，Freundlish等溫式最符合對硝基苯酚的吸附行為，圖3為對硝基苯酚在黃河水體沉積物上的吸附等溫線。

Koc相對于Kf比較穩定，可用Koc來表征物質的疏水性[1]。實驗所用黃河沉積物的OC%==0.81%，將對硝基苯酚的Kf值代入式（1），得到Koc=156.4

1.3 pH值變化對對硝基苯酚吸附的影響

對硝基苯酚在黃河水體沉積物上的吸附量在設置的pH范圍內隨pH值的變化情況見圖4。結果表明，對硝基苯酚在黃河水體沉積物上的吸附受體系pH值影響較大，吸附量隨pH值的減小而增大。對硝基苯酚是一弱酸性化合物，當體系pH值增加，對硝基苯酚電離為陰離子增多，它與同樣帶負電的沉積物膠體間的排斥將增大，對硝基苯酚在沉積物上的吸附減弱。另外，當pH值降低時，溶液中H+濃度增加，對硝基苯酚的非離子態所占的比例相對增大，而非離子形態的對硝基苯酚具有疏水性，從而增加了對硝基苯酚的憎水吸附。

1.4沉積物有機質對對硝基苯酚吸附的影響

已有的研究表明，沉積物或土壤對有機污染物的吸附機理主要有分配作用（partition）和表面吸附（adsorption）。沉積物中的有機質對有機污染物的吸附是溶解分配作用的結果。

實驗結果表明，沉積物中的有機質去除后，對硝基苯酚在沉積物上的吸附量減小，見圖5。表明沉積物的有機質含量是影響對硝基苯酚吸附量大小的一個重要因素，即溶解分配過程在黃河水體沉積物吸附對硝基苯酚中起重要作用。

2. 結論

從實驗結果可以看出，對硝基苯酚在黃河水體沉積物的吸附符合一級動力學規律，Freundlish等溫式能夠很好地描述對硝基苯酚的吸附行為；對硝基苯酚在黃河水體沉積物上的吸附受體系pH值影響較大，吸附量隨pH值的減小而增大；沉積物——水體系中離子強度的增加，對硝基苯酚在黃河水體沉積物上的吸附量增加；沉積物有機質的溶解分配過程在對硝基苯酚吸附中起重要作用。

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