重金属在沉积物中的吸附与稳定固定化研究

论文摘要

水体沉积物是水环境中重金属的汇和潜在的污染源。本论文通过建立适用于沉积物的选择性萃取分离技术,结合萃取–吸附–统计分析的研究方法分析了沉积物主要组分吸附铜、锌的机理,并通过沉积物表面及结构分析进一步完善了沉积物吸附机理。从沉积物的主要吸附机理出发,结合热力学吸附、吸附/解吸、形态分析等手段筛选出羟基磷灰石为污染沉积物中重金属的稳定固定剂,并开展了实际重金属污染沉积物的实验室模拟稳定固定化研究,通过形态分析、TCLP浸提实验、生物有效性实验考察了固定化效果,通过XRD、FTIR、SEM、能谱、形态分析等手段分析了固定化机理。本论文的研究结果为污染沉积物中重金属的稳定固定化提供了理论支持。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 自然水体中的重金属
• 1.1.1 重金属的概念及分类
• 1.1.2 重金属的来源及污染现状
• 1.2 自然水体中的表层沉积物
• 1.2.1 表层沉积物的概念及组成
• 1.2.2 沉积物的吸附特性与机理
• 1.2.3 沉积物中的主要吸附组分
• 1.2.4 沉积物中重金属的迁移转化
• 1.3 污染沉积物的处理与处置
• 1.3.1 物理修复
• 1.3.2 化学修复
• 1.3.3 生物修复
• 1.3.4 污染沉积物中重金属的稳定固定化技术
• 1.4 存在问题及解决方法
• 1.5 本论文研究目的、意义及内容
• 1.5.1 研究目的及意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第二章 主要试剂、仪器及研究水体的特征
• 2.1 主要试剂
• 2.2 主要仪器设备及装置
• 2.3 研究水体自然概况
• 2.3.1 松花江
• 2.3.2 南湖
• 2.3.3 伊通河
• 2.3.4 葫芦岛市龙湾区近岸海域
• 第三章 沉积物主要组分选择性萃取分离方法的研究
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 沉积物（生物膜）的采集与前处理
• 3.1.2 沉积物（生物膜）中重金属的形态分析
• 3.1.3 沉积物（生物膜）主要组分的选择性萃取分离
• 3.1.4 沉积物（生物膜）理化性质的分析
• 3.2 沉积物（生物膜）主要组分的选择性萃取分离
• 3.2.1 沉积物（生物膜）中重金属形态分布规律
• 3.2.2 不同样品前处理与保存方法对选择性萃取分离的影响
• 3.2.3 同一时间不同地点采集的样品选择性萃取分离
• 3.2.4 同一地点不同时间采集的样品选择性萃取分离
• 3.2.5 沉积物（生物膜）中粘土矿物的分离
• 3.3 本章小结
• 第四章 沉积物及其主要组分吸附Cu、Zn规律的研究
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 沉积物（生物膜）的采集与前处理
• 4.1.2 沉积物（生物膜）主要组分的选择性萃取分离
• 4.1.3 沉积物（生物膜）主要组分及表面结构分析
• 4.1.4 沉积物（生物膜）对Cu、Zn的热力学吸附
• 4.1.5 数据处理分析
• 4.1.6 沉积物吸附重金属的机理分析
• 4.2 沉积物及其主要组分吸附重金属的热力学规律
• 4.2.1 沉积物（生物膜）中主要组分含量分布
• 4.2.2 选择性萃取前后沉积物（生物膜）表面结构特征
• 4.2.3 沉积物（生物膜）吸附Cu、Zn的特性
• 4.3 沉积物主要组分吸附Cu、Zn的机理分析
• 4.3.1 沉积物主要组分吸附内源重金属的机理
• 4.3.2 沉积物主要组分吸附外源重金属的机理
• 4.3.3 沉积物中粘土矿物吸附Cu、Zn的热力学规律
• 4.3.4 沉积物表面及结构特征与其吸附特性间的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 污染沉积物中重金属稳定固定剂的筛选研究
• 5.1 研究方法
• 5.1.1 部分稳定固定剂的合成与表征
• 5.1.2 稳定固定剂对重金属的吸附/解吸
• 5.1.3 掺杂稳定固定剂沉积物样品的制备
• 5.1.4 沉积物样品的理化性质分析
• 5.1.5 掺杂稳定固定剂沉积物样品对重金属的吸附/解吸
• 5.2 研究结果与结论
• 5.2.1 稳定固定剂的结构特征
• 5.2.2 稳定固定剂吸附Cu、Zn的热力学特征
• 5.2.3 稳定固定剂固定Cu、Zn、Pb、Cd的规律
• 5.2.4 稳定固定剂对沉积物理化性质的影响
• 5.2.5 掺杂稳定固定剂沉积物吸附Cu、Zn的热力学特征
• 5.2.6 掺杂稳定固定剂沉积物稳定固定重金属的规律
• 5.3 本章小结
• 第六章 掺杂稳定固定剂沉积物中重金属形态转化规律
• 6.1 研究方法
• 6.1.1 模拟重金属污染沉积物样品的制备
• 6.1.2 模拟重金属污染沉积物中重金属的形态分析
• 6.1.3 模拟重金属污染沉积物中重金属的稳定固定化效果
• 6.2 不同稳定固定剂的掺杂对重金属形态与固定的影响
• 6.2.1 稳定固定剂掺杂前后沉积物中重金属的形态分布规律
• 6.2.2 稳定固定剂掺杂前后沉积物中重金属的稳定固定化规律
• 6.3 不同比例羟基磷灰石的掺杂对重金属形态的影响
• 6.4 羟基磷灰石的掺杂对重金属解吸与形态转化的影响
• 6.4.1 模拟重金属污染沉积物中稳定固定化重金属的解吸规律
• 6.4.2 模拟重金属污染沉积物中重金属解吸后的形态分布规律
• 6.5 本章小结
• 第七章 污染沉积物中重金属的羟基磷灰石稳定固定化研究
• 7.1 研究方法
• 7.1.1 重金属污染沉积物的采集及前处理
• 7.1.2 掺杂羟基磷灰石的重金属污染沉积物样品的制备
• 7.1.3 掺杂羟基磷灰石前后污染沉积物中的连续萃取
• 7.1.4 掺杂羟基磷灰石前后污染沉积物的TCLP浸提实验
• 7.1.5 掺杂羟基磷灰石前后污染沉积物的生物有效性实验
• 7.1.6 污染沉积物部分理化性质分析及结构表征
• 7.2 污染沉积物中重金属的羟基磷灰石稳定固定化效果
• 7.2.1 污染沉积物的部分理化性质
• 7.2.2 稳定固定化过程中污染沉积物重金属及磷的释放规律
• 7.2.3 掺杂羟基磷灰石后污染沉积物重金属的形态分布规律
• 7.2.4 掺杂羟基磷灰石后污染沉积物中重金属稳定固定化规律
• 7.2.5 羟基磷灰石掺杂量对沉积物中重金属稳定固定化的影响
• 7.3 羟基磷灰石稳定固定化机理分析
• 7.3.1 稳定固定化的污染沉积物中重金属形态变化特征
• 7.3.2 稳定固定化的污染沉积物XRD、SEM、FTIR变化特征
• 7.4 本章小结
• 第八章 研究结论、创新点及展望
• 8.1 结论
• 8.1.1 表层沉积物主要组分的选择性萃取分离方法
• 8.1.2 沉积物及其主要组分对Cu、Zn的吸附特性
• 8.1.3 污染沉积物中重金属的稳定固定化
• 8.2 创新点
• 8.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者简介
• 攻读博士期间发表的相关学术论文及其它成果
• 摘要
• Abstract