黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附行為

王興榮,蔣煜峰*,王 拯,孫 航,慕仲鋒,展惠英

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黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附行為

王興榮1,蔣煜峰1*,王 拯1,孫 航1,慕仲鋒1,展惠英2

(1.蘭州交通大學環境與市政工程學院,甘肅蘭州 730070；2.蘭州文理學院化工學院,甘肅蘭州 730070)

選擇硝基苯為代表性污染物,研究了黃河蘭州段底泥對硝基苯的動力學吸附和熱力學吸附過程,并對離子強度、pH值和粒徑等對吸附的影響進行了分析.結果表明,硝基苯在黃河蘭州段底泥上的動力學吸附經歷了3個階段:快速、慢速和吸附平衡階段,0~2h為快速吸附階段,2~15h為慢吸附階段,15h后吸附達到平衡.黃河蘭州段底泥對硝基苯的動力學吸附過程較好地符合準二級吸附動力學模型;熱力學吸附較好地符合Langmuir等溫吸附模型;在吸附過程中,吸附自由能Δθ小于0,焓變Δθ及熵變Δθ均大于0,表明黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附是一個自發吸熱且吸附體系的混亂度增大的等溫吸附過程.吸附影響因素分析結果顯示:當Ca2+離子濃度在0~0.05mol/L時,黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附量隨Ca2+離子濃度的增大而增加,當Ca2+離子濃度增大到0.1mol/L時,吸附量減少,說明在此離子強度下,Ca2+抑制了底泥對硝基苯的吸附.當pH3~5和7~10范圍內時,底泥對硝基苯的吸附量隨pH值增大明顯減小,當pH5~7范圍內時,吸附量隨pH值增大基本保持不變.底泥粒徑對黃河蘭州段底泥吸附硝基苯有顯著影響,其飽和吸附量隨底泥粒徑的減小而增大.

硝基苯；黃河；底泥；吸附動力學；吸附熱力學；影響因素

黃河沿岸工礦業集中,人口密集,工業廢水和生活污水的排放對黃河水質造成了嚴重影響.黃河是世界上泥沙量最大的河流之一,而河流中泥沙沉積后形成的底泥是水體中各種污染物累積富集的場所,污染物沉積在黃河蘭州段底泥中,當水體環境變化后,底泥中污染物的釋放對黃河水體造成二次污染[1].因此研究底泥對污染物的吸附行為可反映河流中污染物的遷移轉化及歸趨[2].

硝基苯是一種重要的化工原料,在染料、醫藥、苯胺、炸藥、農藥的生產中被廣泛應用[3].其毒性很強,被美國國家環境保護局(US EPA)和我國環境保護部列入優先控制的有毒有機污染物之一[4].硝基苯在水中具有極高的穩定性,密度大于水,沉積在黃河底泥中,在底泥有機質的吸附作用影響下,使進入底泥中的硝基苯部分被底泥固定,活性降低,從而減少在環境中的危害[5].硝基苯等有機污染物在環境中的歸趨行為研究已引起國內外學者的廣泛關注[6].目前,國內外對硝基苯的研究主要集中在生物學特性毒性效應[7-8]、降解吸附[9-10]等方面.有關硝基苯的吸附研究主要針對的是廢水處理中復合材料[11]、活性炭[12-13]、濕地土壤[14-15]、改性吸附劑[16]及小麥秸稈[17]等,然而,有關黃河蘭州段中硝基苯的環境行為和歸趨的相關研究鮮見報道.因此,本文選用黃河蘭州段底泥為研究對象,采用批量法實驗,研究了不同條件下硝基苯在黃河蘭州段底泥上的吸附行為,確定吸附動力學和熱力學模型,同時計算有關熱力學狀態函數,分析吸附機理,以期為預測硝基苯在黃河蘭州段底泥中的環境行為,并為硝基苯的污染控制提供參考.

1 材料與方法

1.1 供試底泥樣品

底泥樣品采自黃河蘭州段銀灘大橋下底泥表層0~15cm,風干后研碎,依次過0.15,0.20, 0.30mm篩備用,底泥pH值7.85,有機質含量4.57g/kg .

1.2 試劑與儀器

試劑:硝基苯(上海中秦化學試劑有限公司)、無水甲醇(廣州市金華大化學試劑有限公司)、硫酸(天津市標準科技有限公司)、氫氧化鈉(廣州市金華大化學試劑有限公司)、二水合氯化鈣(天津市凱信化學工業有限公司),以上試劑均為分析純.實驗用水為一次蒸餾水.

硝基苯儲備液:量取密度為1.202mg/L 的硝基苯原液0.21mL,用少量無水甲醇溶解,再用超純水定容到500mL 棕色容量瓶中,配成500mg/L的硝基苯儲備液(臨用前現配),再按要求用蒸餾水稀釋,供吸附試驗用.

儀器:UV-2102C型紫外可見分光光度計(尤尼柯上海儀器有限公司);多功能恒溫水浴振蕩器(江蘇正基儀器有限公司);TDL-40B臺式離心機(上海安亭科學儀器廠);PHS-3C型精密pH計(上海儀電科學儀器股份有限公司,雷磁儀器廠).

1.3 實驗方法

1.3.1 動力學吸附實驗 取11支50mL離心管,依次在離心管中稱入0.5000g粒徑為0.15mm的底泥土樣,然后加入50mL質量濃度為40mg/L的硝基苯溶液,用鋁箔包裹以避光,在25℃恒溫振蕩器上振蕩(140r/min),時間依次為0.5,1,2,4,6,8, 10,12,16,20,24h,相應時間后,取出樣品,4000r/min離心20min,在波長262nm,紫外分光光度法測定上清液中硝基苯的質量濃度.在加入底泥粒徑分別為0.20mm和0.30mm條件下,采用相同方法進行動力學實驗,確定吸附平衡時間.每個實驗重復3次,求均值.

1.3.2 吸附等溫線的測定 取10支50mL的離心管,各稱入0.5000g粒徑為0.15mm的底泥土樣,依次加入50mL質量濃度為0,5,10,20,30,40,50, 60,80,100mg/L的硝基苯溶液.用鋁箔包裹以避光,在25℃恒溫振蕩器上振蕩(140r/min)24h,取出樣品,靜置2h,4000r/min離心20min,測定上清液中硝基苯的質量濃度.在35,45℃采用上述方法進行不同溫度等溫吸附實驗.以上實驗重復3次,求均值.

1.3.3 離子強度對黃河蘭州段底泥吸附硝基苯的影響 羅雪梅等[18]、詹樹嬌等[19]研究表明,Ca2+對沉積物吸附影響效果較大,因此選擇Ca2+作為離子強度對黃河蘭州段底泥吸附硝基苯研究中的代表離子.取濃度分別為0,0.05, 0.1mol/L的CaCl2溶液作硝基苯的稀釋液,其余操作條件及硝基苯質量濃度設置同吸附等溫線的測定,以確定不同Ca2+濃度對硝基苯吸附量的影響.

1.3.4 pH值對黃河蘭州段底泥吸附硝基苯的影響 取8支50mL離心管,各稱入0.5000g粒徑為0.15mm的黃河蘭州段底泥土樣,依次加入50mL質量濃度為40mg/L的硝基苯溶液,用1mol/L的NaOH和5%的H2SO4調節溶液的pH值分別為3、4、5、6、7、8、9、10,其余操作條件同吸附等溫線的測定,確定pH值對硝基苯吸附的影響.

1.3.5 黃河蘭州段底泥不同粒徑對硝基苯吸附的影響 取粒徑分別為0.15,0.20,0.30mm的黃河蘭州段底泥作吸附介質,其余操作條件和硝基苯質量濃度設置同吸附等溫線的測定,進行不同底泥粒徑對硝基苯吸附影響的實驗.

1.4 數據處理

本實驗采用準一級動力學模型(Pseudo- first-order model)、準二級動力學模型(Pseudo- second-order model)和內部擴散方程[20-22]來擬合硝基苯在黃河蘭州段底泥顆粒上的吸附過程,并且根據不同的吸附模型來解釋吸附機理[23].

本實驗采用Freundlich等溫吸附模型、Langmuir等溫吸附模型和D-R模型[24]對所測得的數據進行擬合.

2 結果與討論

2.1 硝基苯的吸附動力學

圖1可知,黃河蘭州段底泥對硝基苯的動力學吸附經歷了3個階段:快速吸附期,慢速吸附期和吸附平衡階段.在0~2h內黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附量隨時間的增加明顯增大,即快速吸附期,在2~ 15h內,吸附量仍然隨時間的增加而增加,但增加趨勢逐漸減慢,即慢速吸附期,到15h左右時,吸附量不再發生明顯變化,達到吸附平衡期.在0~2h內,硝基苯主要在底泥顆粒表面發生吸附,因此吸附量增加很快;2~15h內,隨反應的進行,底泥表面較易吸附的疏水點位已被占據,具有疏水性的硝基苯分子需首先克服底泥顆粒表面的水分子層擴散進入底泥微孔隙,然后通過基質擴散進入底泥顆粒內部孔隙而發生吸附,吸附速率逐漸減慢[23];當吸附時間達到15h左右時,固相和液相的濃度基本保持不變,底泥顆粒對硝基苯的吸附達到了相對穩定狀態.

表1 硝基苯在黃河蘭州段底泥上動力學吸附模型擬合參數

分別采用準一級動力學模型、準二級動力學模型和內部擴散方程來擬合黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附動力學曲線,結果如表1所示.由表1可知,準一級動力學方程和內部擴散方程的相關系數均小于準二級動力學方程的相關系數,因此,黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附更符合準二級動力學吸附方程.準二級動力學吸附模型包含了液膜擴散,吸附和顆粒內部擴散等的所有吸附過程[25],即可認為黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附過程包含液膜擴散,底泥顆粒表面吸附和顆粒內部擴散的過程.

2.2 吸附熱力學

由圖2可見,在一定溫度范圍內,黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附量隨溫度的升高而增加,表明黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附為吸熱反應.在25,35,45℃時,硝基苯的平衡濃度分別為40,38,36mg/L,表明硝基苯的平衡濃度隨著系統溫度的增加而減小.25℃時,在吸附的初始階段OA段,底泥吸附量升高趨勢較緩慢;當吸附進行到OA段之后時,隨著平衡濃度增加,底泥對硝基苯的平衡吸附量快速增加.這是因為,在OA吸附段,黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附以單分子層吸附為主[26].OA段之后,隨著硝基苯濃度的增加,其在溶液中的溶解度逐漸達到飽和,此時,硝基苯的疏水作用力、分子間作用力及靜電力會吸引底泥中有機質表面活性陽離子并聚集在其周圍形成表面小膠團而下沉[27],因此,所檢測上清液中硝基苯濃度很低,圖中顯示吸附量較大.OB段與OC段吸附機理同OA段,其中,A、B和C點吸附容量分別為0.948,1.227,1.369mg/g.超過A、B、C點后,由于加入液相的硝基苯濃度的增加超出其在25,35,45℃時溶解度,導致其以非水相流體的形式附著在固相顆粒上[28],從而導致液相中硝基苯濃度不再增加,而固相上硝基苯吸附量不斷升高.

表2 黃河蘭州段底泥對硝基苯的等溫吸附方程特征值

在25,35,45℃下,采用Langmuir、Freundlich及D-R等溫吸附模型對圖2中OA,OB,OC段熱力學數據進行擬合,擬合結果見表2.由表2可知,Langmuir等溫吸附模型擬合程度最高,所以,黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附過程更加符合Langmuir等溫吸附模型,表明OA段吸附過程屬于單分子層的吸附.通過D-R等溫吸附模型可以計算吸附平均自由能()的變化,由基于微孔吸附容積填充理論的D-R等溫吸附模型可知,當> 8kJ/mol時,吸附以化學吸附為主;當<8kJ/mol時,吸附是物理吸附以范德華力和氫鍵為主導的[29].由表2可知,不同溫度范圍內硝基苯在黃河蘭州段底泥上的吸附平均自由能在0.085~ 0.158kJ/mol之間,表明其吸附過程主要是物理吸附[30].

2.3 吸附熱力學參數

表3 硝基苯在黃河蘭州段底泥中的等溫吸附熱力學參數值

以1/T為橫坐標,lnK為縱坐標,線性擬合并根據直線的斜率和截距分別求得Δθ、Δθ、Δθ,結果如表3.由表3可知,在所研究的溫度25~45℃范圍內,黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附過程中吉布斯自由能Δθ小于0,焓變Δθ及熵變Δθ均大于0,表明黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附為自發進行的吸熱過程且吸熱過程中體系混亂度增大[31].

2.4 離子強度、pH值、底泥不同粒徑對黃河蘭州段底泥吸附硝基苯的影響

2.4.1 離子強度對黃河蘭州段底泥吸附硝基苯的影響 研究表明,電解質的加入會壓縮雙電層的厚度,削弱吸附質與吸附劑之間的靜電作用[32-33];增強疏水作用力[34-36].由圖3可見,Ca2+濃度在0~0.05mol/L時,黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附量呈上升趨勢,當Ca2+濃度增大到0.1mol/L時,吸附量下降,Ca2+抑制了底泥對硝基苯的吸附.這可能是因為當硝基苯溶液與底泥充分混合時,由于界面的靜電作用力與疏水作用力[37],底泥表面形成雙電層結構,離子強度增加使雙電層被壓縮,硝基苯與底泥之間的靜電作用減弱,疏水作用增強,底泥對硝基苯的吸附量增加.當離子強度增加到一定程度時,Ca2+會與硝基苯競爭底泥顆粒上的吸附位點[38],使得底泥對硝基苯的吸附量減少.可見,當水體中的離子強度較高時,硝基苯易從底泥中重新釋放進入水中,進而對環境安全和人體健康造成很大威脅.

2.4.2 pH值對黃河蘭州段底泥吸附硝基苯的影響 研究[39]指出,pH值對吸附過程有很大的影響,因為它能改變土壤/沉積物的表面電荷和密度.由圖4可以看出,當pH值在3~5和7~10范圍內時,底泥對硝基苯的吸附容量隨pH值升高明顯減小,當pH在5~7范圍內時,吸附容量隨pH值升高基本保持不變.這是因為在強酸性條件下,溶液中存在大量H+, H+中和了底泥膠體表面所帶部分負電荷,降低了底泥與硝基苯之間的靜電斥力,從而增加了底泥對硝基苯的吸附量[19].當環境pH值呈弱酸性或中性時,溶液中所含H+較少,其對底泥膠體表面的電荷分布影響較小,吸附量變化不大.隨著pH值的增大,溶液中OH-增多,底泥顆粒表面電負性增加,硝基苯與底泥之間的靜電斥力增強導致底泥對硝基苯的吸附量減小.可見,酸性條件下,黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附量高于堿性條件下的吸附量[14].因此,酸性條件下更利于底泥對硝基苯的吸附,對環境造成的影響更小.

2.4.3 黃河蘭州段底泥不同粒徑對硝基苯吸附的影響 由圖5可以看出,底泥粒徑為0.15mm時,底泥對硝基苯的吸附量最大,底泥粒徑為0.30mm時,吸附量最小,表明粒徑越小,底泥對硝基苯的吸附量越大.這可能是因為粒徑越小,底泥顆粒的表面積越大,硝基苯通過孔隙擴散進入底泥微孔隙更容易,進而通過機制擴散與底泥中的吸附位點結合的可能性越大,底泥對硝基苯的吸附量越多,吸附能力越強[26].同時,隨著顆粒表面吸附點位被占滿,水相中硝基苯濃度達到其最大溶解度,導致液相濃度不再增加,硝基苯以非水相流體的形式存在.

3 結論

3.1 黃河蘭州段底泥對硝基苯的動力學吸附在0~2h內為快速吸附期,在2~15h內為慢速吸附期,到15h時達到吸附平衡期.準二級動力學吸附模型能較好地描述硝基苯在黃河蘭州段底泥中的動力學吸附過程,吸附過程包含了表面吸附,顆粒內部擴散和外部液膜擴散等機理.

3.2 黃河蘭州段底泥對硝基苯的熱力學吸附更符合Langmuir等溫吸附模型,屬于物理吸附.在25,35,45℃下,硝基苯在黃河蘭州段底泥上的吸附是一個自發的等溫吸熱過程,且體系的混亂程度增大.

3.3 Ca2+濃度在0~0.05mol/L,黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附量隨Ca2+濃度的增大而增加,當Ca2+濃度增大到0.1mol/L時,吸附量減少,Ca2+抑制了底泥對硝基苯的吸附.當pH值在3~5和7~10范圍內時,底泥對硝基苯的吸附容量隨pH值升高明顯減小,當pH在5~7范圍內時,吸附容量隨pH值升高基本保持不變;底泥粒徑為0.15mm時其對硝基苯的吸附量最大,粒徑為0.30mm時吸附量最小.黃河蘭州段底泥對硝基苯的吸附量隨底泥粒徑的減小而增大.

[1] 謝丹平,李開明,江 棟,等.底泥修復對城市污染河道水體污染修復的影響研究 [J]. 環境工程學報, 2009,3(8):1447-1453.

[2] 許煉烽,鄧紹龍,陳繼鑫,等.河流底泥污染及其控制與修復 [J]. 生態環境學報, 2014,23(10):1708-1715.

[3] 李俊生,徐 靖,羅建武,等.硝基苯環境效應的研究綜述 [J]. 生態環境學報, 2009,18(1):368-373.

[4] Qin Q D, Ma J, Liu K. adsorption of nitrobenzene from aqueous solution by MCM-41 [J]. Journal of Colloid Interface Science, 2007,315(1):80-86.

[5] 魏世強.環境化學 [M]. 北京:中國農業出版社, 2006.

[6] 邱立萍,王文科.雙氧水-高錳酸鉀催化氧化降解地下水中硝基苯的效能與機理 [J]. 環境工程學報, 2011,5(4):735-740.

[7] 鄭佳佳,王睿睿,林志浩,等.壬基酚、五氯酚及硝基苯對端足類河蜾蠃蜚(Corophium acherusicum)的毒性效應 [J]. 生態毒理學報, 2014,9(6):1104-1111.

[8] 王 瑩,穆景利,王菊英.我國硝基苯的海水水質基準及生態風險評估研究 [J]. 生態毒理學報, 2015,10(1):160-168.

[9] Chen J, Tian S H, Kong L J, et al. Efficient degradation of nitrobenzene by an integrated heterogeneous catalytic ozonation and membrane separation system with active MgO(111) catalyst [J]. Desalination and Water Treatment, 2015,56(8):2168-2180.

[10] 王亮亮,王志良,王 彧,等.吸附樹脂負載鐵酞菁催化降解硝基苯的研究 [J]. 環境科技, 2011,24(6):1-3.

[11] 謝 剛,毛 寧,周林成,等.改進碳納米管/聚氨酯復合材料吸附硝基苯 [J]. 環境工程學報, 2015,9(3):1117-1123.

[12] 李媛媛,陳 桐,楊 丹,等.納米氧化硅/活性炭復合材料的制備及吸附性能研究 [J]. 化工新型材料, 2015,43(2):138-140.

[13] 黎先發.木質素活性炭的制備及其對硝基苯的吸附 [J]. 化工環保, 2014,34(4):305-310.

[14] 陳愛輝,梁慧星,丁 成.硝基苯在米草濕地土壤中的吸附特征 [J]. 土壤通報, 2013,44(5):1123-1128.

[15] 宋艷宇,宋長春,柴俊海,等.濕地土壤對硝基苯的吸附-解吸作用 [J]. 環境科學學報, 2009,29(1):140-145.

[16] 荊肇乾,彭英艷,胡 靜.楊樹葉改性吸附劑對硝基苯的吸附性能研究 [J]. 科學技術與工程, 2015,15(24):140-143.

[17] 張繼義,李金濤,魯華濤,等.小麥秸稈生物碳質吸附劑從水中吸附硝基苯的機理 [J]. 環境科學研究, 2012,25(3):333-339.

[18] 羅雪梅,劉昌明.離子強度對土壤與沉積物吸附多環芳烴的影響研究 [J]. 生態環境, 2006,15(5):983-987.

[19] 詹樹嬌,田森林,龍 堅,等.陽離子型可逆表面活性劑在膨潤土上的吸附行為 [J]. 中國環境科學, 2014,34(7):1831-1837.

[20] 黎 冰,解啟來,廖 天,等.扎龍濕地表層沉積物有機氯農藥的污染特征及風險評價 [J]. 農業環境科學學報, 2013,32(2):347- 353.

[21] Fatih D. Potential use of shell biomass (Juglans regia L.) for dye removal: Relationships between kinetic pseudo-second-order model parameters and biosorption efficiency [J]. Desalination and Water Treatment, 2014,5(1-3):219-226.

[22] Munir K, Yusuf M, Noreen Z, et al. Isotherm studies for determination of removal capacity of bi-metal (Ni and Cr) ions by Aspergil lusniger [J]. Pakistam Journal of Botany, 2010,42(1): 593-604.

[23] 蔣煜峰,Uwamungu Jean Yves,孫 航,等.添加小麥秸稈生物炭對黃土吸附苯甲腈的影響 [J]. 中國環境科學, 2016,36(5): 1506-1513.

[24] Zaghouane-Boudiaf H, Boutahala M, Tiar C, et al. Treatment of 2, 4, 5-trichlorophenol by MgAl-SDBS organo-layered double hydroxides: kinetic and equilibrium studies [J]. Chemical Engineering Journal, 2011,173(1):36-41.

[25] Chang M Y, Juang R S. Adsorption of tannic acid, humic acid, and dyes from water using the composite of chitosan and activated clay [J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2004, 278(1):18-25.

[26] 李建煒.活性炭對廢水中對氯硝基苯吸附特性研究 [C]//中國環境科學學會學術年會論文集, 2010,3:3062-3065.

[27] 楊成建,曾清如,張 靜,等.非離子表面活性劑在土壤/沉積物中的吸附模型研究 [J]. 農業環境科學學報, 2007,26(4):1396- 1401.

[28] 馬百文,趙勇勝,孫 威,等.非水相硝基苯在含水層中的遷移釋放規律 [J]. 環境工程學報, 2010,4(7):1463-1467.

[29] Kiran I, Akar T, Ozcan A S, et al. Biosorption kinetics and isotherm of Acid Red 57by dried Cephalosporium aphidicola cells from aqueous solution [J]. Biochemical Engineering Journal, 2006,31:197-203.

[30] 康 露,吳景貴,張晉京,等.土壤及土壤礦物對類胡敏酸的吸附解吸及其影響因素研究 [J]. 環境科學學報, 2013,33(5):1332- 1340.

[31] 林建偉,詹艷慧,陸 霞.鋯改性沸石對水中磷酸鹽和銨的吸附特性 [J]. 中國環境科學, 2012,32(11):2023-2031.

[32] Filius J D, Lumsdon D G, Meeussen J C L, et al. Adsorption of fulvic acid on geothite [J]. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 2000,64(1):51-60.

[33] Vermhlen K, Lewandowski H, Narres H D, et al. Adsorption of polyelectrolytes onto oxides-the influence of ionic strength, molar mass, and Ca2+ions [J]. Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects, 2000,163(1):45-53.

[34] Al-Degs Y S, El-Barghouthi M I, El-Sheikh A H, et al. Effect of solution pH, ionic strength, and temperature on adsorption behavior of reactive dyes on activated carbon [J]. Dyes Pigments, 2008,77:16-23.

[35] Sennerfors T, Solberg D, Tiberg F. Adsorption of polyelectrolyte-nanoparticle syetems on silica: influence of ionic strength [J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2002, 254(2):222-226.

[36] 梁銳杰,陳炳稔.流動注射分光光度法研究離子強度對活性炭吸附陰離子染料的影響 [J]. 離子交換與吸附, 2004,20(1):54-61.

[37] 何 江,關 偉,李桂海,等.幾種酚類化合物在黃河水體沉積物上吸附行為的實驗研究 [J]. 農業環境科學學報, 2005,24(3): 480-485.

[38] 張 瑩.苯酚在典型礦物和沉積物上的吸附降解行為研究 [D]. 沈陽:遼寧大學, 2012,15-18.

[39] 湯烜祎.改性泥炭吸附水體中疏水性有機污染物及其機理研究[D]. 上海: 華東理工大學, 2010.

Adsorption behavior of nitrobenzene onto sediment in Lanzhou section of the Yellow River.

WANG Xing-rong1, JIANG Yu-feng1*, WANG Zheng1, SUN Hang1, MU Zhong-feng1, ZHAN Hui-ying2

(1.School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China；2.Chemical Engineering College, Lanzhou University of Arts and Science, Lanzhou 730000, China).

The primary objective of this study was to investigate the adsorption kinetics and thermodynamics of nitrobenzene onto sediment in Lanzhou section of the Yellow River. Meanwhile, the effective factors, such as ionic strength, pH values and the different particle sizes of sediment, were also conducted to characterize the adsorption process. The results showed that the adsorption of nitrobenzene onto sediment in Lanzhou section of the Yellow River has experienced three processes: high-speed adsorption process, deceleration and adsorption equilibrium process. The adsorption equilibrium was reached within 15h. The adsorption of nitrobenzene onto sediment in Lanzhou of the Yellow River could be better described by the pseudo-second-order kinetic model; the adsorption thermodynamics of nitrobenzene onto sediment is fitted well with the Langmuir isothermal model. Thermodynamics parameters such as the change of free energy, enthalpy and entropy were also evaluated for the adsorption of nitrobenzene onto sediment. The results indicate a spontaneous endothermic and an increase of the chaos in adsorption process. Analysis results of adsorption showed when the concentration of Ca2+was in a range of 0~0.05mol/L, adsorption of nitrobenzene onto sediment increased with the increase of Ca2+concentration, however, when the concentration of Ca2+increased from 0.05 to 0.1mol/L, the adsorption capacity decreased, because the presence of Ca2+inhibited the adsorption of nitrobenzene onto sediment. The pH values and the different particle sizes of sediment have obvious effect on adsorption of nitrobenzene onto sediment. When the pH was in a range of 3~5 and 7~10, the adsorption capacity of nitrobenzene on sediments significantly decreased with the increase of pH, while pH was in a range of 5~7, the adsorption capacity remained unchanged with the increase of pH. The particle size of sediment in Lanzhou section of the Yellow River has significant effect on the adsorption capacity of nitrobenzene, which increase with decrease of the particle size of the sediment.

nitrobenzene；The Yellow River；sediment；adsorption kinetics；adsorption thermodynamics；influencing factors

X53

A

1000-6923(2017)04-1523-07

2016-07-22

國家自然科學基金項目(41363008,21067005,41272147)

, 副教授, jiangyf7712@126.com

王興榮(1992-),女,甘肅金昌人,蘭州交通大學碩士研究生,主要研究方向為水污染與控制工程.

, 2017,37(4)：1523~1529