第二节水中无机污染物迁移转化Word文档下载推荐.docx

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二、水环境中颗粒物的吸附作用

1、表面吸附：

胶体具有庞大的表面积和表面能；

属物理吸附，胶体表面积越大，吸附越强。

2、离子吸附：

由于胶体表面的电荷引力。

3、专属吸附：

除化学键之外，尚有增强的憎水键及范德华力或氢键起作用。

水锰矿对Co、Cu、Ni、K和Na离子的吸附及其随pH的转变图：

对于碱金属离子，在低浓度时，体系pH在水锰矿ZPC以上时发生吸附。

表明其为离子吸附。

而Co、Cu、Ni等在体系pH在ZPC处或小于时都能进行吸附，这表明不带电荷或带正电均能吸附过渡金属。

4、吸附理论――有效层流脱理论

5、吸附方向和推动力

6、吸附等温线和等温式

（1）等温吸附经验式――弗罗因德利希式

Freundlich型等温式为：

G=kC1/n

两边取对数：

logG=logk+1/nlogC

（2）单分子层吸附理论――兰格缪尔吸附等温式

单分子层吸附

吸附剂表面是均匀

被吸附的分子与其它同气体分子无作使劲

吸附是一个动态平衡

Langmuir型吸附等温线：

G=G0C/（A+C）1/G=1/G0+（A/G0）（1/C）

G0------单位表面上达到饱和时刻的最大吸附量；

A-------常数

（3）Henry型吸附等温线为直线，等温式为：

G=kC

k------分派系数

影响吸附作用的因素：

（a）pH值的影响：

一般情形下，吸附量随pH升高而增大。

当溶液pH超过某元素的临界pH时，则该元素在溶液中的水解、沉淀起主要作用。

（b）颗粒物的粒度和浓度的影响

吸附量随粒度增大而减少，吸附量随颗粒物浓度增大而减少。

（2）氧化物表面吸附的配合模式：

由于表面离子配位不饱和，金属氧化物与水配位，水发生离解吸附而生成羟基化表面。

≡MeOH2+≡MeOH+H+

Ksa1={≡MeOH}[H+]/{≡MeOH2+}

≡MeOH≡MeO-+H+

Ksa2={≡MeO-}[H+]/{≡MeOH}

表面的≡MeOH基团在溶液中能够与金属离子和阴离子生成表面配位配合物，表现出两性表面特性，相应的表面配合反映为：

≡MeOH+MZ+≡MeOM（Z-1）++H+*K1s

2≡MeOH+MZ+（≡MeO）2M（Z-2）++2H+*β2s

≡MeOH+AZ-≡MeA（Z-1）-+OH-K1s

2≡MeOH+AZ-（≡Me）2A（Z-2）-+2OH-β2s

图3-4氧化物表面配合模式

氧化物表面配合模式已成为普遍的吸附模式。

表面配合模式的实质内容：

就是把具体表面看做一种聚合酸，其大量羟基能够发生表面配合反映，但在配合平衡进程中需将临近基团的电荷影响考虑在内，由此区别于溶液中的配合反映。

表面配合常数与溶液中配合常数的相关性：

≡MeOH+MZ+≡MeOM（Z-1）++H+*K1s

H2O+MZ+MeOH（Z-1）++H+*K1

≡MeOH+H2A≡MeHA+H2O*K1s

MeOH2++H2A≡MeHA2++H2O*K1

4、沉积物中重金属的释放

（1）盐浓度的升高

（2）氧化还原条件的转变

（3）pH降低

（4）水中配合剂量的增多

二、水中颗粒物的聚集

聚集分散

凝聚——利用电解质促成。

絮凝——利用聚合物（桥联作用）

一、胶体颗粒凝聚的大体原理和方式：

溶胶的经典稳固理论——DLVO理论（理想化简单体系）

以斥力势能ER,吸力势能EA和总势能E（=ER+EA）对粒子间距离x作图,取得如图所示的势能曲线。

图3-8

异体凝聚理论：

适用于处置物质本性不同、粒径不等、电荷符号不同、电位高低不等之类的分散体系。

主要论点：

（1）若是两个电荷符号相异的胶体微粒接近时，吸引力老是占优势。

（2）若是两颗粒电荷符号相同但电性强弱不等，则位能曲线上的能峰高度老是取决于荷电较弱而电位较低的一方。

所以，只要其中有一种胶体的稳固性甚低而电位达到临界状态，就可以够发生快速凝聚，而不论另一种胶体的电位高低如何。

天然水环境和水处置进程中颗粒聚集方式：

（1）紧缩双电层凝聚

（2）专属吸附凝聚

（3）胶体彼此凝聚（4）“边对面”絮凝

（5）第二极小值絮凝（6）聚合物粘结架桥絮凝

（7）无机高分子的絮凝（8）絮团卷扫絮凝

（9）颗粒层吸附絮凝（10）生物絮凝

三、溶解和沉淀

教学目的与要求：

（1）掌握氧化物、氢氧化合物的溶解和沉淀平衡；

（2）掌握硫化物的溶解和沉淀平衡；

（3）掌握碳酸盐的溶解和沉淀平衡。

教学重点、难点：

（1）氧化物、氢氧化合物的溶解和沉淀平衡;

（2）硫化物的溶解和沉淀平衡；

（3）碳酸盐的溶解和沉淀平衡。

教学方式及师生互动设计：

教学方式：

教学法；

师生互动设计：

提问：

平衡常数应该如何求？

写出碳酸钠在水体中的平衡方程式。

课堂练习、作业：

（1）写出硫化物的平衡方程式；

（2）写出氧化物和氢氧化合物的平衡方程式。

本次课教学内容小结：

这两堂课是专门对水体中无机污染物质的转化方式之一，溶解和沉淀平衡作讨论，有化学基础的同窗对这些物质在水体中的溶解与沉淀平衡方程式都比较熟悉，此刻要从环境的角度来加以考虑，有便于同窗们的理解。

教学内容：

3、沉积物中重金属的释放

诱发释放的因素

（1）盐浓度升高

（3）降低pH

沉淀和溶解是无机物在水环境中散布积累、迁移和转化的重要途径，一般金属氧化物在水中的迁移能力能够用能溶解度来衡量。

溶解度小，迁移能力小，溶解度大，迁移能力就大，离子状态迁移快，易沉淀金属迁移慢，由于溶解反映是一个多相反映，一般可用溶解度来表征溶解度。

在溶解和沉淀现象的研究中，平衡关系和反映速度二者都是重要的。

平衡关系表示反映的方向，但计算结果与观测值的不同主如果反映速度的关系。

下面介绍无机物的沉淀－溶解平衡问题：

1、氧化物和氢氧化物

Me（OH）n（s）==Men++nOH-

Ksp=[Men+][OH-]n

[Men+]=Ksp/[OH-]n=Ksp[H+]n/Kwn

Pc=Ksp–npKw+npH

C=L时:

pH=14-（1/n）pKsp

比如表3-10中Hg和Ca的比较：

靠右边的溶解度大，C=L时，pH大。

从书图3-11能够看出：

（1）价态相同的金属离子，斜率相同；

（2）靠图右边的金属氢氧化物的溶解度大于靠左侧的溶解度；

（3）能够大致查出各类金属离子在不同PH值下溶液中所能存在的最大饱和浓度。

不过，上图和上式所表征的关系，并非能充分反映其溶解度。

如考虑到羟基的配合作用，则其溶解度为：

例如：

PbO（S）的溶解度

PbO（s）+2H+Pb2++H2OKs0

PbO（s）+2H+PbOH+Ks1

PbO（s）+H2OPb（OH）2Ks2

PbO（s）+2H2OPb（OH）3-+H+Ks3

能够取得PbO的溶解度表达式为：

见书图3-12，PbO的溶解度表明：

（1）、阴影区域为四条特征线的综合；

（2）、阴影区为PbO的浓度区；

（3）、固体的氧化物或氢氧化物具有两性特性，它既能够与H＋结合，又能够与OH-结合；

（4）、存在一个PH值，在此PH值下，溶解度为最小值；

（5）、在酸性或碱性更强，PH值区域内，溶解度都变得更大。

二、硫化物

金属硫化物是溶解度积更小的一类难溶沉淀物，水体中存在S2-时，几乎

所有重金属都能够去除。

H2SH＋＋HS-Pk1=

HS-H++S2-Pk2=

H2S2H++S2-K=×

10-22

饱和水体中，〔H2S〕＝[H+][S2-]=×

10-22×

=×

10-23=K’sp

若与Me2+反映，有：

[Me2+][S2-]=Ksp

则：

例如：

Cu2+CuS的Ksp=×

10-36

天然条件下，[S2-]=

可见，只有少量S2-，即可使Cu2+完全沉淀。

3、碳酸盐

（1）只考虑液相和固相，不考虑气相的封锁体系。

CaCO3Ca2++CO32-Ksp=[Ca2+][CO32-]=

[Ca2+]=Ksp/[CO32-]=Ksp/CTα2

用lg[Me2+]对PH值作图取得图3-13，表明：

PH>

PK2lg[CO32-]斜率为0，lg[Ca2+]斜率为0；

PK1<

PH<

PK2,lg[CO32-]斜率为+1，lg[Ca2+]斜率为-1；

PK1,lg[CO32-]斜率为+2，lg[Ca2+]斜率为-2。

（2）CaCO3（s）在水中的溶解度：

[Ca2+]=CT……………………………………………①

溶解电荷平衡：

……………②

达到平衡时，CaCO3（s）的溶解度积为：

………………………………③

①，③联立得：

……………………………④

………………………………⑤

将③代入②式，得：

当PH>

PK2α2≈1

当PK1<

PK2

当PH<

PK1,

四、氧化－还原

（1）理解电子活度概念；

（2）电子活度与氧化还原电位的关系；

（3）掌握天然水体中pE-pH图；

（4）掌握天然水体中的决定电位。

（1）电子活度概念;

（2）天然水体中pE-pH图；

电子活度与氧化还原电位的关系；

pH是用来衡量什么，如何导出的？

讨论：

电子活度与氧化还原电位的关系。

计算并绘出天然水体中pE-pH图。

第一要对pH的导出要理解，在此基础上来教学电子活度概念，进而理解电子活度与氧化还原电位的关系，要同窗们能理解，在不同的pH,pE环境中，离子和污染物质存在的形态应该是如何的，从而更好的理解污染物是如何迁移的。

1、电子活度和氧化还原电位

⑴氢离子活度的概念

能给出质子的是酸，能同意质子的是碱

⑵电子活度的概念

能给出电子的是还原剂，能同意电子的是氧化剂

pE↘电子浓度越高，体系提供的电子偏向越强；

pE↗电子浓度越低，体系同意电子的偏向