氟与聚合羟基铝（铁）—蒙脱石复合体相互作用机理及土壤环境意义

论文摘要

氟是动物和人体必需的微量元素之一,但长期过量摄入氟化物可导致慢性氟中毒。土壤是含氟气体和颗粒物干、湿沉降最主要的接纳和转化场所,植物叶片吸收的气态氟化物最终也通过落叶积累在表层土壤中,所以,氟与土壤的相互作用是控制其迁移、转化及其它化学行为的重要环节之一。 土壤中氟的活性与土壤粘土组成、Al的溶解、Al-F络合及pH密切相关。天然酸性土壤和水体中（pH=4.0～5.5）,溶解Al水解可形成不同聚合度的高价羟基铝阳离子（HyAl）,如[Al6（OH）12]6+、[Al10（OH）22]8+或[AlO4Al12（OH）24（H2O）12]7+等。这些阳离子可吸附在土壤中含量较高的蒙脱石矿物表面及层间,形成聚合羟基铝-蒙脱石（HyAl-Mt）复合体。由于弱酸性和酸性土壤及水体中这些复合体几乎无处不在,因此很大程度地影响着土壤中一些营养物质和污染物在土壤-溶液之间的吸附、解吸及迁移等行为,由此可能导致的生态环境意义已引起了广泛关注。目前,关于F与土壤矿物之间的相互作用以及Al-F络合方面的报道很多,但作为弱酸性和酸性土壤中的主要组成的HyAl-Mt复合体与F的相互作用还未见系统研究。 本文制备和表征了OH/Al摩尔比分别为1.6、2.1、2.4的HyAl-Mt复合体和羟基铝铁—蒙脱石复合体（HyAl/Fe-Mt）;研究了吸附时间、溶液初始pH值、羟基铝（铁）—蒙脱石复合体（HyAl（Fe）-Mt）用量、初始氟离子浓度、OH/Al摩尔比等因素对氟与各HyAl（Fe）-Mt相互作用的影响及土壤环境意义;同时,通过HyAl-Mt1.6对氟离子的解吸实验,考察了氟在复合体上的稳定性。所得结果如下: （1） 通过对蒙脱石及其复合体进行X射线衍射分析、零电荷点测定、阳离子交换量CEC测定和BET比表面积分析表明,羟基铝、铁离子己成功交换进入蒙脱石层间,成为层间柱。羟基铁离子的掺加以及OH/Al摩尔比的变化都对HyAl-Mt复合体的层间结构产生明显影响。此外,HyAl-Mt复合体在500℃以下具有一定的执稳定必。

论文目录

• 1. 前言
• 2. 文献综述
• 2.1 氟的性质及危害
• 2.2 氟污染的来源及分布
• 2.2.1 土壤氟污染
• 2.2.2 水体氟污染
• 2.3 氟在环境中的地球化学特征及行为
• 2.3.1 氟在土壤中的赋存形态
• 2.3.2 氟在土壤中的化学行为
• 2.3.3 氟的生物地球化学行为
• 2.4 氟污染治理
• 2.4.1 化学沉淀法
• 2.4.2 离子交换树脂法
• 2.4.3 电渗析法
• 2.4.4 电解凝聚法
• 2.4.5 吸附法
• 3. 聚合羟基铝（铁）-蒙脱石复合体的性能表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 蒙脱石简介
• 3.1.2 主要实验仪器
• 3.1.3 化学试剂
• 3.1.4 聚合羟基铝（铁）-蒙脱石复合体的制备及表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 X射线衍射分析
• 3.2.2 比表面积
• 3.2.3 零电荷点
• 3.2.4 阳离子交换容量 CEC
• 3.3 小结
• 4. 聚合羟基铝-蒙脱石复合体对氟的吸附行为研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 氟的测定
• 4.1.2 氟的吸附/解吸实验
• 4.2 HyAl-Mt1.6对氟吸附的影响因子研究
• 4.2.1 吸附时间对氟吸附的影响
• 4.2.2 溶液初始pH对氟吸附的影响
• 4.2.3 HyAl-Mt1.6用量对氟吸附的影响
• 4.2.4 氟的解吸
• 4.3 吸附等温线及吸附机理的探讨
• 4.3.1 吸附等温线
• 4.3.2 氟吸附机制
• 4.4 环境意义
• 4.5 小结
• 5. HyAl/Fe-Mt复合体和不同OH/Al摩尔比的HyAl-Mt复合体对氟吸附行为研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 HyAl-Mt1.6、HyAl-Mt2.1、HyAl-Mt2.4的吸附实验
• 5.1.2 HyAl/Fe-Mt的吸附实验
• 5.2 氟去除率的影响因子研究
• 5.2.1 吸附时间对氟去除率的影响
• 5.2.2 溶液初始pH值对氟去除率的影响
• 5.2.3 吸附剂用量对氟去除率的影响
• 5.2.4 吸附等温线
• 5.3 结果讨论
• 5.3.1 不同OH/Al摩尔比的HyAl-Mt吸附机理分析
• 5.3.2 HyAl/Fe-Mt的吸附机理分析
• 5.4 小结
• 6. 结束语
• 致谢
• 参考文献