对对硝基苯酚在黄河水体沉积物上的吸附行为研究

丁春　关伟　何江　周晓铁

摘要：对对硝基苯酚在黄河水体沉积物上的吸附行为进行了实验研究。通过对三种不同形式的吸附等温线的比较，选择出最符合酚类化合物的Frenunlich等温线，同时研究了pH值、离子强度和沉积物有机质等因素对吸附的影响，结果表明，对硝基苯酚的吸附过程符合一级动力学规律，体系pH和离子强度对对硝基苯酚的吸附有较大的影响，对硝基苯酚在沉积物中有机质的分配是其被沉积物吸附的主要机理。

关键词：黄河；沉积物；对硝基苯酚；吸附

1. 实验结果与讨论

1.1 对硝基苯酚在黄河水体沉积物中的吸附动力学

对硝基苯酚在黄河水体沉积物上的吸附量与时间的关系曲线见图1。

结果表明，对硝基苯酚具有在界面上迅速分配的特性，吸附平衡时间短，平衡时间小于2小时。为了保证吸附实验的可靠性，以12h作为吸附平衡时间。同时，对对硝基苯酚吸附过程动力学分析，由一级动力学方程dC/dt=-kC积分得：ln[（Cm-Cs）/Cm]=-kt式中，Cm为沉积物对对硝基苯酚的饱和吸附量，Cs为时间t时的吸附量。回归方程为：ln（Cm-Cs）=-0.0799t+2.391，如图2，表观吸附速率常数k=0.0799。对硝基苯酚在黄河水体沉积物上的吸附符合一级动力学规律，拟合得到的动力学方程为：Cs=10.92（1-e-0.0799）。

1.2 吸附等温线

在环境化学反应中，最常用的基本的吸附等温线是Freundlish， Langmuir，BET等温式，其表达式为：

（1）Freundlish等温式：CS=KfC1/n

式中，C为吸附质的平衡浓度，CS为吸附量，Kf和1/n为待定系数。

（2） Langmuir等温式：C/ CS=1/KB+C/B

式中，C为吸附质的平衡浓度，CS为吸附量，B为最大吸附量，K为系数。

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

式中，C为吸附质的平衡浓度，CS为吸附量，C0为吸附质初始浓度，Xm为单分子层容量，Cn为系数。

按照上述3种等温式计算出对硝基苯酚的吸附常数和相关系数见表1。

由表1可以看出，在这三类等温式中，Freundlish等温式最符合对硝基苯酚的吸附行为，图3为对硝基苯酚在黄河水体沉积物上的吸附等温线。

Koc相对于Kf比较稳定，可用Koc来表征物质的疏水性[1]。实验所用黄河沉积物的OC%==0.81%，将对硝基苯酚的Kf值代入式（1），得到Koc=156.4

1.3 pH值变化对对硝基苯酚吸附的影响

对硝基苯酚在黄河水体沉积物上的吸附量在设置的pH范围内随pH值的变化情况见图4。结果表明，对硝基苯酚在黄河水体沉积物上的吸附受体系pH值影响较大，吸附量随pH值的减小而增大。对硝基苯酚是一弱酸性化合物，当体系pH值增加，对硝基苯酚电离为阴离子增多，它与同样带负电的沉积物胶体间的排斥将增大，对硝基苯酚在沉积物上的吸附减弱。另外，当pH值降低时，溶液中H+浓度增加，对硝基苯酚的非离子态所占的比例相对增大，而非离子形态的对硝基苯酚具有疏水性，从而增加了对硝基苯酚的憎水吸附。

1.4沉积物有机质对对硝基苯酚吸附的影响

已有的研究表明，沉积物或土壤对有机污染物的吸附机理主要有分配作用（partition）和表面吸附（adsorption）。沉积物中的有机质对有机污染物的吸附是溶解分配作用的结果。

实验结果表明，沉积物中的有机质去除后，对硝基苯酚在沉积物上的吸附量减小，见图5。表明沉积物的有机质含量是影响对硝基苯酚吸附量大小的一个重要因素，即溶解分配过程在黄河水体沉积物吸附对硝基苯酚中起重要作用。

2. 结论

从实验结果可以看出，对硝基苯酚在黄河水体沉积物的吸附符合一级动力学规律，Freundlish等温式能够很好地描述对硝基苯酚的吸附行为；对硝基苯酚在黄河水体沉积物上的吸附受体系pH值影响较大，吸附量随pH值的减小而增大；沉积物——水体系中离子强度的增加，对硝基苯酚在黄河水体沉积物上的吸附量增加；沉积物有机质的溶解分配过程在对硝基苯酚吸附中起重要作用。

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