在自然水域，腐殖質(zhì)通常存在作為水生植物和動(dòng)物的天然有機(jī)成分。腐殖質(zhì)是微生物和化學(xué)氧化產(chǎn)生的，是植物和動(dòng)物細(xì)胞中的碳水化合物被分解成較小的單位。因此，腐殖質(zhì)也可能是脂肪族和芳香族單元與官能團(tuán)的混合物，這些官能團(tuán)包括羧基，酯，醇，醚，酮，苯酚，胺，酰胺，吡啶和吡咯。在供水系統(tǒng)中，腐殖質(zhì)的存在會(huì)降低了水處理的效率。本次研究了腐殖質(zhì)在三種不同吸附劑上的吸附情況，并應(yīng)用了吸附等溫線(xiàn)。研究的三種吸附劑包括顆粒狀活性炭，β形式的羥基氧化鐵(β-FeOOH)和鐵包被的活性氧化鋁(AAFS)。并對(duì)吸附劑的理化特性進(jìn)行了研究。

　　吸附劑的表面積和孔徑分析

　　廢水中不同類(lèi)型的腐殖質(zhì)會(huì)改變化學(xué)和物理特性，因此，它們與不同類(lèi)型的吸附劑相反地相互作用。關(guān)于吸附劑的孔隙率，活性炭主要是微孔的，具有非常大的表面積。β-FeOOH的情況尚不清楚，因?yàn)椴煌�的方法給出的結(jié)果不同。但是，鐵化合物上有可能存在微孔。與活性炭相比，可用于AAFS和β-FeOOH的吸附面積小。但是，被吸附物的大小可能使其無(wú)法穿透微孔，因此限制了對(duì)活性炭的吸附，但是活性炭的孔隙率是可控的所以能解決這方面問(wèn)題。

　　傅立葉變換紅外光譜

　　FTIR是研究吸附劑表面的官能團(tuán)與被吸附物之間相互作用的一項(xiàng)重要技術(shù)。圖1顯示了活性炭，AAFS和β-FeOOH的FTIR光譜。可以注意到，所有光譜活性炭，AAFS和β-FeOOH)均顯示2350至2310 cm -1之間的譜帶，這是由于大氣中二氧化碳的吸附所致。對(duì)于活性炭，此頻段為頻段(b)。在3430 cm -1處的帶(a)是由于OH拉伸引起的，并且發(fā)現(xiàn)醇基團(tuán)的CO拉伸在1160和1000 cm -1之間(帶(e))。帶(c)中在1550厘米-1來(lái)源于雙鍵C=C芳環(huán)和從C=O和COO拉伸-伸展。C–O拉伸的吸收和OH變形約為1450 cm -1(帶(d))。由于分子內(nèi)和分子間鍵合，空間效應(yīng)和共軛程度等因素，很可能出現(xiàn)帶移。這使得很難在頻譜的那些區(qū)域內(nèi)準(zhǔn)確分配每個(gè)小頻帶，這就是為什么僅從區(qū)域吸收中識(shí)別出整體結(jié)構(gòu)的原因。

　　圖1：活性炭，AAFS和B-FeOOH的FTIR光譜。

　　掃描電子顯微鏡

　　圖2顯示了吸附劑的SEM圖像。活性炭晶粒的撕裂邊緣也顯示出內(nèi)部“孔”。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是碳板的石墨型分層。活化過(guò)程中產(chǎn)生的孔隙和大量碎屑導(dǎo)致了這種吸附劑的易碎性。AAFS晶粒顯示出相同的傾斜形狀，表面看起來(lái)光滑且具有均勻的涂層。在更大的范圍內(nèi)，僅可見(jiàn)很少的裂縫或孔洞，這表明表面積主要在外部。β-FeOOH的表面具有高脆性，因此表面光滑且?guī)в写罅克樾肌６嗫捉Y(jié)構(gòu)與SEM照片非常吻合(圖2)，說(shuō)明了活性炭的片狀結(jié)構(gòu)及其眾多的空洞，而鐵化合物則顯得光滑，只有很少的裂紋。活化過(guò)程中產(chǎn)生的孔隙和大量碎屑導(dǎo)致了這種吸附劑的易碎性。考慮規(guī)模，中孔和大孔上看到照片(尺寸以上2.5 μ M)。β-FeOOH的表面易碎，因此表面光滑，帶有大量碎屑。該刻度不允許人們區(qū)分赤霞石微晶(FeOOH的β形式)的特征桿雪茄形狀。

　　圖2：活性炭，AAFS和β-FeOOH的SEM。

　　平衡吸附等溫線(xiàn)及吸附機(jī)理

　　由于電荷效應(yīng)使分子由于分子內(nèi)的電荷排斥而膨脹，因此要考慮腐殖質(zhì)的離子周?chē)�環(huán)境。另一方面，分子間的排斥力以及抗衡離子的拖動(dòng)作用也會(huì)改變分子的運(yùn)動(dòng)。發(fā)現(xiàn)水生腐殖質(zhì)在10,000 Da以上具有22.9%的分子量分布，在1000 Da以下具有46.3%的分子量分布。充氣的地下水中DOC的很大一部分(61%)在4000至10,000 Da的分子量范圍內(nèi)，盡管這樣做是有道理的，因?yàn)榈叵滤�比地表水含有更多的土壤�?lèi)腐殖質(zhì)。圖3的在此路徑上同時(shí)發(fā)生各種吸附機(jī)制，每種機(jī)制都具有特定的吸附阻力。該過(guò)程的整體動(dòng)力學(xué)受到很大阻力的限制。因此，至關(guān)重要的是要知道哪種機(jī)理占主要地位，因?yàn)楹苈�的機(jī)理會(huì)強(qiáng)加吸附動(dòng)力學(xué)。活性炭中的高孔隙率以及鐵化合物上局部電荷的不均勻分布。另外，天然有機(jī)物的重量和有機(jī)功能的變化有望以不同的能量吸收。

　　圖3:吸附機(jī)理。

　　結(jié)果表明，活性炭為去除低分子量腐殖質(zhì)提供了很大的吸附能力，但對(duì)于分子量較大的物質(zhì)則需要大孔活性炭來(lái)吸附。β-FeOOH對(duì)比活性炭和AFS略少。相反，AAFS和β-FeOOH不能很好的地吸附小分子腐殖質(zhì)，只有大分子的腐殖質(zhì)可以被他們吸附去除。

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