硝酸盐污染物在不同介质下的最大吸附量研究

向　韬，马延庚

(沈阳建筑大学，辽宁　沈阳　110168)



硝酸盐污染物在不同介质下的最大吸附量研究

向韬，马延庚

(沈阳建筑大学，辽宁沈阳110168)

为探讨不同介质对硝酸盐污染物的吸附情况，通过静态试验，探究了细砂、黄土、粉质粘土三种介质对硝酸盐的吸附效果，以期为硝酸盐污染的治理提供参考。根据试验测定的结果绘制Langmuir等温吸附曲线，结果表明不同介质对硝酸盐污染物的最大吸附量不同，且以粉质粘土的吸附量最大，qm=35.72 mg/kg。其原因主要来自于溶液介质粒径大小及比表面积对吸附过程产生不同的影响，粉质粘土粒径最小且比表面积最大故对硝酸盐污染物产生的吸附效果更明显。

介质；硝酸盐；吸附量；Langmuir等温吸附曲线

流体与多孔固体接触的时候会发生吸附效应，这是流体中的物质在被接触固体表面处累积的一种现象。吸附存在吸附剂和吸附质，吸附剂是指吸附过程中的固体可以为物质提供接触表面，而相对的在吸附质表面累积的物质称为吸附质[1]。

在硝酸盐污染物迁移转化的过程中，一定会与其经过的介质接触，由于介质本身会对污染物产生一定的截留作用，所以当吸附质从水中移至吸附剂颗粒表面时便发生了发生吸附。不少学者针对硝酸盐污染物的吸附做了研究[2-5]。目前常用 Langmuir 和 Freundlich 模型描述吸附剂对溶质的吸附热力学过程，本试验拟合曲线采用Langmuir等温吸附曲线。

Langmuir 吸附等温方程：

Ce/qe=1/(KL·qm)+Ce/qm

式中：Ce——达到平衡时吸附质的平衡浓度，mg/L

qe——吸附剂对吸附质的平衡吸附量，mg/g

qm——吸附剂对吸附质的饱和吸附量，mg/g

KL——Langmuir 吸附常数

本试验通过分析三种不同介质对硝酸盐污染物的吸附情况，并对吸附数据做线性曲线拟合，结合试验数据深入分析对废水中硝酸盐污染物的吸附机理，探讨不同介质对硝酸盐污染物的吸附效果影响。为硝酸盐的治理提供理论参考。

1　实　验

1.1材料及方法

试验室预先准备18个250 mL锥形瓶编号为1-18号。分别称取50 mg的黄土置于1～6号锥形瓶中，分别称取50 mg的细砂置于7～12号的锥形瓶中，分别称取50 mg的粉质粘土置于13～18号锥形瓶中。1～18号锥形瓶添加试验用水至250 mL刻度线位置处。

分别向1～6号锥形瓶投加KNO3(分析纯硝酸钾)0 mg/L，8 mg/L,16 mg/L,24 mg/L,32 mg/L,40 mg/L；类似的向 7～12号锥形瓶投加KNO3(分析纯硝酸钾)0 mg/L,8 mg/L,16 mg/L,24 mg/L,32 mg/L,40 mg/L；向13-18号锥形瓶投加KNO3(分析纯硝酸钾)0 mg/L,8 mg/L,16 mg/L,24 mg/L,32 mg/L,40 mg/L。

试验配水均采用沈阳建筑大学实验室用自来水。

1.2分析方法

qe=V(C0-Ce)/W

式中：qe——介质对硝酸盐氮污染物吸附容量，mg/g

V——溶液体积，L

W——硝酸盐投加量，g

C0——原水中硝酸盐氮浓度，mg/L

Ce——吸附平衡时水中剩余硝酸盐氮浓度，mg/L

2　结果与讨论

图1　粉质粘土的Langmuir等温吸附曲线拟合Fig.1　Adsorption isotherms of Langmuir of silty clay

图2　黄土的Langmuir等温吸附曲线拟合Fig.2　Adsorption isotherms of Langmuir of loess

图3　细砂的Langmuir等温吸附曲线拟合Fig.3　Adsorption isotherms of Langmuir of fine sand

如图1、图2及图3所示硝酸盐污染在不同介质中的最大吸附量以粉质粘土为吸附介质的溶液系统的最大吸附量较大于以黄土和细砂为吸附介质的溶液系统。其他条件相同的情况下。在影响溶液吸附的过程中，吸附剂本身对吸附的影响是主要因素，吸附剂自身的物理、化学等性质是硝酸盐污染物在不同介质中表现出的不同最大吸附量的差异主要来自于溶液介质粒径大小及比表面积对吸附过程产生不同的影响，本试验中粉质粘土相对粒径最小，当硝酸盐污染物透过粉质粘土介质时，粘土会对其产阻滞作用，使其一部分吸附在自身上，孔径越小对污染物穿透的阻滞作用越大，对污染物产生的吸附量越大。

表1　Langmuir等温吸附方程Table 1　The isothermal adsorption equation of Langmuir

粘土是黏粒矿物的主要次生物，主要是多糖、蛋白质和腐殖质[6]。其显著特性是其比表面积相当大(1 g胶体大约有200～300 m2)，具有相当大的反应活性和吸附性；由于土壤胶体有巨大的比表面，所以会产生巨大的表面能，所以在各个方向上受的分子引力相等而相互抵消。而表面分子则不同，它与外界的气体或液体接触，在内外两面受到的是不同的分子引力，不能相互抵消，所以具有剩余的分子引力，由此而产生表面能，这种表面能可以做功，吸附外界分子，胶体数量越多，比表面越大，表面能也越大，吸附能力也越强。

3　结　论

不同介质对硝酸盐污染物的最大吸附量不同，且以粉质粘土的吸附量最大，qm=35.72 mg/kg。其原因主要来自于溶液介质粒径大小及比表面积对吸附过程产生不同的影响，粉质粘土粒径最小且比表面积最大故对硝酸盐污染物产生的吸附效果更明显。

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[3]郑雯婧,林建伟,詹艳慧,等.锆-十六烷基三甲基氯化铵改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附特性[J].环境科学，2015(06).

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Study on the Maximum Adsorption of Nitrate under Different Medium

XIANGTao，MAYan-geng

(Shenyang Jianzhu University, Liaoning Shenyang 110168, China)

In order to investigate the maximum adsorption of nitrate under different medium, through static test, adsorption of nitrate under different medium was studied. Drawing Langmuir isothermal absorption curve according to data, the results showed that the maximum adsorption varied from different medium. Silty clay had a maximum adsorption of qm=35.72 mg/kg which was mainly due to the different effect made by size of solution mediated plasmid and specific surface area on adsorption process. Slity clay has the largest specific surface area and the smallest diameter which has more obvious adsorption effect.

medium；nitrate；adsorption；Langmuir isothermal absorption curve

向韬(1990-)，男，硕士研究生，主要从事水污染治理。

X523

B

1001-9677(2016)08-0113-02