D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.06.002 第25卷第6期 北京科技大学学报 VoL.25 No.6 2003年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2003 砷酸根及铬酸根在低聚合羟基铁-蒙脱石 复合体表面的竞争吸附 王雪莲廖立兵姜浩王文强 中国地质大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要在模拟氧化及酸性土壤条件下，用制备的低聚合羟基铁一蒙脱石复合体进行了砷 酸根，铬酸根离子的竞争吸附实验，研究了砷酸根离子和铬酸根离子不同用量及不同添加顺 序对竞争吸附的影响，并与蒙脱石和含水氧化铁进行了对比.结果表明，低聚合羟基铁一蒙 脱石复合体对砷酸根及铬酸根离子有不同的吸附能力，但在实验条件下砷酸根及铬酸根离 子在低聚合羟基铁一蒙脱石复合体表面不发生竞争吸附，砷酸根和铬酸根的吸附顺序对其 吸附量有一定的影响.竞争吸附实验的砷酸根、铬酸根吸附量均高于对其单阴离子的吸附量， 此现象在复合体表面最为明显，说明复合体具有独特的阴离子吸附性能， 关键词低聚合羟基铁一蒙脱石复合体；砷酸根；铬酸根；竞争吸附 分类号P599;X53 砷、铬及其化合物是剧毒污染物，有致畸、致一定H值、温度、吸附时间条件下，砷、铬初始质 突变及致癌作用.化学工业、有色金属开采和冶 量浓度及砷、铬的添加顺序对低聚合羟基铁-蒙 炼以及电子工业生产，使越来越多的砷、铬元素 脱石复合体吸附砷、铬能力的影响，并与砷酸根 以酸根阴离子形式进入土壤和水体，特别是城市 和铬酸根在蒙脱石原样、含水氧化铁表面的竞争 近郊的土壤和水体，严重威胁人类身体键康和动 吸附以及复合体、蒙脱石和含水氧化铁对砷酸 植物的生长， 根、铬酸根单离子的吸附进行了对比 蒙脱石是热带及亚热带地区土壤的重要组 成矿物，铝及铁等元素的各种羟基阳离子则是土 1实验 壤溶液和地表流体的重要组分，因此羟基铝、铁 1.1实验材料 离子与蒙脱石矿物之间的作用是地表和土壤中 蒙脱石原样采自江苏省南京市甲山膨润土 极其重要的地球化学过程.这一过程导致对砷酸 矿，膨润土原样经破碎后采用沉速分离法提纯， 根、铬酸根等阴离子有显著吸附能力的各种羟基 得到提纯的蒙脱石样品（以下称蒙脱石）.蒙脱石 铁、铝-蒙脱石复合体的形成，羟基铝-蒙脱石复 提纯方法及提纯蒙脱石表征结果见文献[3,4. 合体吸附某些阴离子的研究已有过报导，羟基 实验用化学试剂包括分析纯FeCl,6H,O, 铁离子一蒙脱石复合体吸附阴离子的研究在国内 HCl,NaOH,NaCl,As,O,(配制砷酸根离子溶液) 外则属首次.在国家自然科学基金资助下，笔者 和优级纯KCO,(配制铬酸根离子溶液).所有 已先后完成了低聚合羟基铁-蒙脱石复合体吸附 溶液的配制均用去离子水.低聚合羟基铁离子溶 砷酸根、铬酸根、磷酸根和氟离子等单阴离子以 液及铁的含水氧化物沉积物（以下称铁沉积物） 及竞争吸附铬酸根、磷酸根的实验.本文报导 制备方法及低聚合羟基铁-蒙脱石复合体（以下 的是砷酸根和铬酸根在低聚合羟基铁离子一蒙脱 称复合体)的制备和表征结果参考文献3,4. 石复合体表面竞争吸附的实验结果，重点研究在 12吸附实验方法 收稿日期20030606王雪莲女，24岁，硕士研究生 吸附实验条件参考实际酸性土壤条件5和 *国家自然科学基金资助项目(N0.49973028)
第 2 5 卷 第 6 期 2 0 0 3 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r siyt o f S e i e n e e a n d eT c h n o l o yg B e ij i n g V b l . 25 N o . 6 D e c . 2 0 0 3 砷酸根及铬酸根在低聚合轻基铁一蒙脱石 复合体表面 的竞争吸附 王 雪 莲 廖立 兵 姜 浩 王 文 强 中 国地质大 学材料 科学 与工 程学 院 , 北京 10 00 8 3 摘 要 在模 拟氧 化及 酸性 土壤 条件 一 F , 用 制备 的低 聚合 轻基铁 一 蒙脱 石复 合体进 行 了砷 酸 根 、 铬 酸根 离 子的 竞争吸 附实验 , 研 究 了砷 酸根 离子 和铬 酸根 离子 不 同用量 及不 同添 加顺 序 对 竞争 吸附 的影 响 , 并 与蒙 脱石 和含水 氧化 铁进 行 了对 比 . 结 果表 明 , 低 聚合 轻基 铁 一 蒙 脱 石 复合体 对砷 酸根 及铬 酸根 离子 有不 同 的吸 附能力 , 但在 实验 条件 下砷 酸根 及铬 酸根 离 子 在低 聚合 轻基 铁 一 蒙脱石 复合 体表 面 不发 生竞争 吸 附 . 砷 酸根 和铬 酸根 的吸 附顺 序对 其 吸 附量 有一定 的影响 . 竞 争吸 附实验 的砷酸根 、 铬酸根 吸附量 均高于对 其单 阴离 子的吸 附量 , 此 现象 在复合 体表 面 最为 明显 , 说 明复合体 具有 独特 的 阴离子 吸 附性能 . 关键 词 低 聚合 轻基 铁 一 蒙脱 石 复合体 ; 砷 酸根 ; 铬酸 根 ; 竞争 吸 附 分 类号 P 5 9 9 : X 5 3 砷 、 铬及 其化 合物 是 剧毒 污染 物 , 有致 畸 、 致 突 变及 致癌 作 用 . 化 学 工业 、 有色 金 属 开采和 冶 炼 以及 电子工 业 生产 , 使越来越 多 的砷 、 铬元 素 以酸 根 阴离 子形 式进入 土壤 和 水体 , 特 别是 城市 近郊 的土 壤和 水体 , 严 重威 胁人 类 身体键 康和 动 植物 的生长 . 蒙脱 石 是 热 带 及 亚 热 带地 区 土 壤 的重 要 组 成矿物 , 铝及 铁等 元素 的各 种轻 基 阳离子 则是 土 壤溶 液 和地 表 流体 的重 要 组 分 , 因此轻 基铝 、 铁 离 子与 蒙脱 石矿 物 之 间 的作 用 是 地 表和 土 壤 中 极其 重要 的地 球化 学过 程 . 这一 过程 导致 对砷 酸 根 、 铬 酸根 等 阴离 子有 显著 吸 附能 力的各 种轻 基 铁 、 铝一蒙脱石 复 合体 的形 成 . 轻 基铝 一 蒙脱 石 复 合 体吸 附某 些 阴离 子的研究 已有过 报 导〔, · ” , 轻基 铁离 子一蒙脱 石复 合体 吸 附阴离 子 的研 究 在 国 内 外 则 属首次 . 在 国家 自然科 学 基金 资助 下 , 笔 者 已先后 完成 了低 聚 合轻基 铁一 蒙脱 石 复合 体吸 附 砷 酸 根 、 铬 酸根 、 磷 酸根 和 氟离 子 等单 阴 离子 以 及 竞 争吸 附铬 酸 根 、 磷 酸根 的实验 `, 们 . 本文 报 导 的是砷 酸 根和 铬酸 根在低 聚 合经基 铁 离子一 蒙 脱 石 复合 体表 面竞 争吸 附 的实验 结果 , 重点研 究 在 收稿日期 20 03 一6-() 6 王雪莲 女 , 24 岁 , 硕 士研究 生 * 国家 自然 科学 基金 资助项 目( N 以 49 97 302 8) 一定 p H 值 、 温 度 、 吸 附 时 间条件 下 , 砷 、 铬 初始 质 量 浓 度及 砷 、 铬 的添 加顺 序对 低 聚 合轻 基铁 一蒙 脱 石 复合 体 吸 附砷 、 铬 能 力 的影 响 , 并 与砷 酸 根 和 铬酸 根在 蒙脱 石 原样 、 含 水氧 化铁 表面 的竞 争 吸 附 以及 复合 体 、 蒙脱 石 和 含 水 氧化 铁 对砷 酸 根 、 铬酸 根 单离 子 的吸 附进 行 了对 比 . 公节群淞眼口 ó ùō臀犷鼓扩犯朴毅ù猫豁远ó歼树孔仁鱿协阮终麟孙ù爵甄女矜盆居叮假 1 实验 L l 实验材料 蒙 脱 石 原样 采 自江 苏 省 南 京 市 甲 山膨润 土 矿 . 膨 润 土原 样 经破 碎 后采 用 沉速 分 离法 提 纯 , 得到 提纯 的蒙 脱石样 品 ( 以下称 蒙脱 石 ) . 蒙 脱石 提 纯方 法 及提 纯 蒙脱 石表 征 结 果见 文献 3[ , 4] . 实 验 用 化 学 试 剂 包 括 分 析 纯 eF 1C 3 · 6凡0 , H C I , Na O H , N a e l , A s Z O 3 ( 配 制 砷酸 根 离子 溶液 ) 和优 级 纯 长C 几 0 7 ( 配制 铬 酸根 离 子溶 液 ) . 所 有 溶液 的配 制均 用去 离子 水 . 低 聚合 轻基铁 离 子溶 液及 铁 的含 水氧 化 物 沉积 物 ( 以 下称铁 沉积 物 ) 制备 方法 及 低 聚合 轻 基铁一 蒙脱 石 复合 体 ( 以下 称 复 合 体 ) 的 制备 和表 征结 果参 考文 献 3[ ,4 ] . 1.2 吸附 实验 方法 吸 附实验 条 件参 考 实 际酸性 土 壤条 件 “ ` , 和 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2003. 06. 002
496 北京科技大学学报 2003年第6期 笔者进行的饱和吸附实验结果确定，pH=5,吸附 光度法在HITACHI150-20分光光度计上测定上 时间为4d,室温下进行，砷、铬质量浓度为15 层清液中的砷含量（测量下限为0.001mgL),通过 mg/L. 与初始砷、铬含量对比，计算砷、铬的吸附量， 12.1单独吸附砷、铬的实验 取一定量质量浓度为20mg/L的砷（或铬）溶 2 实验结果 液于50mL的容量瓶中，用去离子水稀释至体积 2.1同时加入砷和铬的实验 近50mL并用稀NaOH溶液(0.05mol/L)调pH=5, (1)固定砷初始质量浓度、改变铬初始质量浓 然后根据实验需要，分别将50mg复合体、蒙脱 度的吸附实验结果见图1.结果表明，蒙脱石和铁 石或铁沉积物加入溶液中，定容至50mL摇匀 沉积物对砷的吸附量随铬初始质量浓度的增加 (定容后砷（或铬）质量浓度分别为1.0,2.0,3.0， 基本不变，复合体的砷吸附量随铬初始质量浓度 4.0,5.0mgL),室温下静置吸附4d,分取上层清 的增加略有增加，铁沉积物的砷吸附量始终最 液，测定砷或铬含量， 高，蒙脱石砷吸附量始终最低，复合体的砷吸附 1.22同时加入砷和铬的实验 量介于两者之间（低于铁沉积物约0.4mgg,高于 (1)固定砷（或铬）初始质量浓度，改变铬（或 蒙脱石约0.9mgg).铁沉积物的铬吸附量随铬初 砷)初始质量浓度.取5mL20mg/L的砷（或铬） 始质量浓度的升高快速增加，且始终远高于复合 溶液于50mL的容量瓶中，根据需要加入2.5,5， 体和蒙脱石的铬吸附量，复合体和蒙脱石对铬的 7.5,10或12.5mL20mg/L的铬（或砷）溶液，用稀 吸附量随着铬初始质量浓度的升高而缓慢增加， NaOH溶液(0.05mol/L)调pH=5并稀释至近50 增加速度相近.铬初始质量浓度低于2.0mgL时， mL,加入50mg复合体、蒙脱石或铁沉积物后定 蒙脱石对铬的吸附量近于0，不发生吸附 容至50mL.摇匀，室温下静置吸附4d.分取上层 5 清液，测定砷、铬含量， (2)同时改变砷和铬的初始质量浓度.将等 量、初始质量浓度为20mgL的砷、铬溶液(2.5,5， 3 7.5,10或12.5mL)混合，用稀NaOH溶液(0.05mol/ 2 L)调pH=5并稀释至近50mL,加入50mg复合体、 2 蒙脱石或铁沉积物后定容至50mL.摇匀，室温下 静置吸附4d.分取上层清液，测定碑、铬含量， 0 12 3 5 1.2.3不同顺序加入砷和铬的实验. 铬初始质量浓度(mgL) (1)固定砷（或铬）初始质量浓度，改变铬（或 图1同时加入砷和铬，固定砷初始质量浓度而改变铬 砷)初始质量浓度.取5mL20mg/L的砷（或铬）溶 初始质量浓度时，复合体、蒙脱石和铁沉积物的砷、铬 液于50mL的容量瓶中，调pH=5并稀释至46mL 吸附量与铬初始质量浓度的关系，1一蒙脱石吸附铬；2 后加入50mg复合体、蒙脱石和铁沉积物，吸附4 一复合体吸附铬；3一铁沉积物吸附铬；4一蒙脱石吸附 d后分别加入100mg/L的铬（或砷）溶液0.5,1.0， 砷；5一复合体吸附碑；6一铁沉积物吸附砷 1.5,2.0或2.5mL,定容至50mL,摇匀，室温下再 Fig.1 Uptakes of As and Cr on hydroxy-Fe-montmorillo- 吸附4d.分取上层清液，测定砷、铬含量. nite complex,Fe oxyhydroxide and montmorillonte versus (2)同时改变砷和铬的初始质量浓度.取2.5， initial Cr concentration in the case of prior mixing As and Cr before the adsorption and fixing the initial As concen- 5,7.5,10,12.5mL20mg/L的砷（或铬）溶液于50 tration at 2.0 mg/L mL的容量瓶中，调pH=5并稀释至46mL后加入 50mg复合体、蒙脱石和铁沉积物，吸附4d后分 (2)固定铬初始质量浓度、改变砷初始质量浓 别加入等量(0.5,1.0,1.5,2.0或2.5mL)的铬（或 度的吸附实验结果见图2.结果表明，随砷初始质 砷)溶液(100mgL),定容至50mL,摇匀，室温下 量浓度的增加，铁沉积物、复合体和蒙脱石对铬 再吸附4d.分取上层清液，测定砷、铬含量. 的吸附量基本不变，对砷的吸附量明显增加.砷 所有实验均采用ICP测定上层清液中的铬含 初始质量浓度为1.0mgL时，复合体和铁沉积物 量（测量下限为0.007gL),用二苯碳酰二肼分光 的砷吸附量相等(1.0mgg),高于蒙脱石的砷吸附
北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 03 年 第 6 期 笔者 进 行 的饱 和 吸 附 实验 结 果确 定 , p H 二5 , 吸 附 时 间为 4 d , 室 温 下进 行 , 砷 、 铬 质 量 浓度 为 1一 5 m叭 . 1 , 2 . 1 单 独 吸 附砷 、 铬的 实验 取一 定 量 质量 浓 度 为 20 m 创L 的砷 ( 或 铬 ) 溶 液 于 50 m L 的容 量瓶 中 , 用 去离 子 水稀 释 至 体积 近 5 0 m L 并用 稀 N aO H 溶 液 ( 0 . 0 5 m o比 ) 调 P H = 5 , 然 后 根据 实 验 需要 , 分 别将 50 m g 复 合体 、 蒙 脱 石 或 铁 沉积 物 加 入 溶液 中 , 定容 至 50 m L 摇 匀 ( 定 容 后砷 ( 或 铬 ) 质 量 浓度 分 别 为 1 . 0 , .2 0 , 3 . 0 , .4 0 , 5 .0 m 妙) , 室温下 静 置 吸 附 4 d , 分取 上 层 清 液 , 测 定砷 或 铬含量 . 1 . .2 2 同 时加 入砷 和 铬 的实验 ( l) 固 定砷 ( 或铬 ) 初 始 质 量浓 度 , 改变铬 ( 或 砷 ) 初 始质 量 浓度 . 取 s m L 20 m g/ L 的砷 ( 或 铬 ) 溶液 于 50 m L 的容 量 瓶 中 , 根 据 需 要加 入 .2 5 , 5 , .7 5 , 10 或 12 .5 m L 20 m g/ L 的铬 ( 或砷 ) 溶 液 , 用稀 N ao H 溶 液 (0 ` 05 mo 比 ) 调 p H 二 5 并稀 释 至 近 50 m L , 加 入 50 m g 复合 体 、 蒙 脱 石 或铁 沉积 物 后 定 容至 50 m L . 摇 匀 , 室 温下静 置 吸 附 4 d . 分 取 上层 清液 , 测 定砷 、 铬 含 量 . (2 ) 同时 改变 砷 和 铬 的初 始 质量 浓 度 二 将 等 量 、 初 始质 量浓 度 为 2 m0 g/ L 的砷 、 铬溶 液 (2 . 5 , 5 , 7 . 5 , 10 或 12 . s m L ) 混合 , 用稀 N a O H 溶液 ( 0 . 0 5 m o F L ) 调 P H片5 并稀 释至 近 5 0 m L , 加入 50 m g 复合 体 、 蒙脱 石 或铁沉积物 后 定容 至 50 m L . 摇 匀 , 室 温 下 静 置 吸 附 4 d . 分 取 上层 清 液 , 测 定 砷 、 铬 含 量 . 1 . .2 3 不 同顺序 加 入 砷 和铬 的实 验 . ( l) 固定 砷 ( 或 铬 ) 初 始 质量 浓度 , 改变 铬 ( 或 砷 ) 初始 质 量浓 度 . 取 s m L 20 m g 几 的砷 ( 或 铬 ) 溶 液 于 50 m L 的容 量 瓶 中 , 调 p H二 5 并 稀释 至 46 m L 后 加 入 50 m g 复合 体 、 蒙脱石 和 铁沉 积 物 , 吸 附 4 d 后 分 别加 入 10 0 m g/ L 的铬 ( 或 砷 ) 溶 液 0 . 5 , 1 . 0 , 1 . 5 , .2 0 或 .2 5 m L , 定 容至 50 m L , 摇 匀 , 室 温 下 再 吸 附 4 d . 分取 上 层 清液 , 测 定砷 、 铬 含 量 . (2 ) 同时 改变 砷和 铬 的初 始质 量浓 度 . 取 2 . 5 , 5 , 7 · 5 , 10 , 12 · 5 m L 2 0 m g/ L 的砷 ( 或 铬 ) 溶液 于 5 0 m L 的容 量瓶 中 , 调 p H巧 并稀 释 至 46 m L 后 加 入 50 m g 复合 体 、 蒙脱 石 和铁 沉 积物 , 吸 附 4 d 后 分 别 加 入等 量 (0 . 5 , 1 . 0 , 1 . 5 , 2 . 0 或 2 . 5 m L ) 的铬 ( 或 砷 ) 溶液 ( 10 0 m g/ L ) , 定 容 至 50 m L , 摇 匀 , 室 温 下 再 吸 附 4 d . 分 取 上 层清 液 , 测 定砷 、 铬 含量 . 所 有实 验 均采 用 IC P 测 定上 层清 液 中 的铬 含 量 (测量 下 限为 .0 0 07 m g几 ) , 用 二苯 碳 酞二脱分 光 光度 法 在 班TA C IH 巧 0 - 2 0 分光 光 度 计 上测 定 上 层清 液中 的砷 含量 (测 量下 限为 .0 0 01 m g/ L ) , 通 过 与初 始 砷 、 铬含 量 对 比 , 计 算砷 、 铬 的吸 附量 . 2 实 验结 果 .2 1 同时加 入 砷 和铬 的实 验 ( 1) 固定砷 初 始质 量 浓度 、 改变铬 初 始质 量浓 度 的 吸 附实验 结果 见 图 1 . 结果 表 明 , 蒙脱 石和 铁 沉 积 物 对 砷 的吸 附 量 随铬 初始 质 量 浓 度 的增 加 基 本 不变 , 复合 体 的砷 吸 附量 随铬 初始 质 量浓度 的增 加 略 有 增 加 . 铁 沉积 物 的砷 吸 附量 始 终 最 高 , 蒙 脱 石砷 吸 附量始终 最 低 , 复合 体 的砷 吸 附 量介 于 两者 之 间 ( 低 于铁 沉 积物 约 .0 4 m 留g , 高于 蒙脱 石 约 0 .9 m 岁9) . 铁沉 积 物 的铬 吸 附量 随铬 初 始质 量 浓度 的 升高 快速增 加 , 且始 终 远 高于 复合 体和 蒙 脱石 的铬 吸 附 量 . 复合 体和 蒙 脱石 对铬 的 吸 附量 随着 铬初 始 质 量浓 度 的升 高而 缓慢 增加 , 增加 速度 相 近 . 铬初 始质 量 浓度 低于 .2 0 m昨 时 , 蒙 脱石 对 铬 的 吸 附量 近 于 0 , 不 发生 吸 附 . 亡ù络内,J 乙J, ,几. ǎ ù l的 · 咧羞í督切日 铬 初始 质量 浓度 找m g · L 一 1 ) 图 1 同时 加入 砷 和铬 , 固 定砷 初始 质 t 浓度 而 改变 铬 初 始 质量 浓度 时 , 复台体 、 蒙脱石 和铁 沉 积物 的砷 、 铬 吸 附量 与铬初 始质 量浓 度 的关 系 . 1一蒙脱 石 吸附 铬; 2 一复合 体 吸附铬 ; 冬一铁 沉积 物 吸附 铬 ; 4 一 - 蒙脱 石吸 附 砷 ; 导一复 合体 吸 附砷 ; 吞一 铁沉 积物 吸 附砷 F i g . 1 U p at ke s o f sA a n d C r o n h y d or x y . F e一 o o mt o r i u o . n it e c o m P lex , F e o x y b yd or 对d e a n d m o n t m o r iU0 n et v e r s u s i n i iat l C r e o n c e n t r a 6 o 。 恤 ht e c a s e o f P ir o r 口 妞加g sA a n d C r b e fo er 比 e a d s o rP it o n a n d 血in g 山 e i n i血 1 A s e o n e e n · t ar iot n a t 2 . 0 m g l L (2 ) 固定铬初 始质 量 浓度 、 改变砷 初 始质 量浓 度 的吸 附 实验 结果 见 图 2 . 结果表 明 , 随砷初 始质 量 浓 度 的增 加 , 铁沉 积 物 、 复合 体 和 蒙脱 石对 铬 的吸 附量 基 本 不变 , 对 砷 的 吸 附量 明显 增 加 . 砷 初 始质 量 浓 度 为 1 . O m g/ L 时 , 复 合 体 和铁 沉积 物 的砷 吸 附量 相等 ( 1 . 0 m留g ) , 高 于 蒙脱 石 的砷 吸 附
Vol.25 No.6 王雪莲等：砷酸根及铬酸根在低聚合羟基铁-蒙脱石复合体表面的竞争吸附 ·497· 6 6 5 3 A ●6 04 2 ■2 3 细 盗 2 ●6 2 5 菌 "5 0 一 ￥4 0 0 1 2345 6 0 1 2 345 砷初始质量浓度(mg·L) 初始质量浓度(mgL) 图2同时加入砷和铬，并固定铬初始质量浓度而改变 图3同时加入砷、铬并同时改变砷、铬的初始质量浓度 砷初始质量浓度时，复合体、蒙脱石和铁沉积物的砷、 时，复合体、蒙脱石和铁沉积物的砷、铬吸附量与砷、铬 铬吸附量与砷初始质量浓度的关系，1一蒙脱石吸附 初始质量浓度的关系.1一蒙脱石吸附砷：2一复合体吸 砷；2一复合体吸附砷；3一铁沉积物吸附砷；4一蒙脱石 附神；3一铁沉积物吸附砷；4一蒙脱石吸附铬；5一复合 吸附铬；5一复合体吸附铬：6一铁沉积物吸附铬 体吸附铬；6一铁沉积物吸附铬 Fig.2 Uptakes of As and Cr on bydroxy-Fe-montmorillo- Fig.3 Uptakes of As and Cr on hydroxy-Fe-montmorillo- nite complex,Fe xyhydroxide and montmorillonte versus nite complex,Fe oxyhydroxide and montmorillonte in the initial As concentration in the case of prior mixing As and case of prior mixing Cr and As before adsorption,and var Cr before the adsorption and fixing the initial Cr concen- ying Cr and As initial concentrations simultaneously tration at 2.0 mg/L 量.随砷初始质量浓度的增加，铁沉积物砷吸附 量增加速度较复合体和蒙脱石快，使铁沉积物与 复合体、蒙脱石的砷吸附量差异增大.由于复合 体砷吸附量增加速度相对较慢，复合体与蒙脱石 2元 酱 -●0 的砷吸附量差异随砷初始质量浓度增加略有减 5 小，与固定碑初始质量浓度时的吸附情况相似， 4 铁沉积物的铬、砷吸附量始终最高，蒙脱石的铬、 0 0 1 2 3 4 6 砷吸附量始终最低，复合体介于两者之间， (3)同时改变砷、铬初始质量浓度的吸附实验 砷初始质量浓度(mgL) 图4先加入固定量铬，吸附4d后加入不同量砷，复合 结果见图3.蒙脱石、复合体和铁沉积物对砷、铬 体、蒙脱石和铁沉积物对砷及铬的吸附量随砷初始质 的吸附量均随砷、铬初始质量浓度的增加而增 量浓度的变化.1一蒙脱石吸附砷：2一复合体吸附砷；3 加，相同样品对砷的吸附量均高于对铬的吸附量 一铁沉积物吸附砷；4一蒙脱石吸附铬；5一复合体吸附 (砷、铬初始质量浓度低时，铁沉积物的砷、铬吸 铬；6一铁沉积物吸附铬 附量近于相等)，而且复合体、蒙脱石的砷吸附量 Fig.4 Uptakes of As and Cr on hydroxy-Fe-montmorillo- 高于铭吸附量的幅度相对更大· nite complex,Fe xyhydroxide and montmorillonte versus 22不同顺序加入砷和铬的吸附实验 initial As concentration in the case of adsorbing Cr for 4 d before the addition of As (1)先加入固定量铬，吸附4d后，加入不同 量砷的吸附实验结果见图4.图4显示，在先吸附 铬的吸附实验结果见图5.结果表明，随着铬初始 铬4d后加入不等量砷的情况下，蒙脱石、复合 质量浓度的增加，蒙脱石和铁沉积物对砷的吸附 体、铁沉积物对砷的吸附量随砷初始质量浓度的 量基本不变，复合体的砷吸附量略有增加，样品 增加而显著增加，对铬的吸附量随砷初始质量浓 对铬的吸附量均随铬初始质量浓度增加，但复合 度的增加略有增加.所有情况下，相同样品的砷 体和蒙脱石的铬吸附量增加幅度很小（小于03 吸附量均高于铬吸附量，复合体的砷、铬吸附量 mg/g),铁沉积物的铬吸附量增加明显（约3mgg). 低于铁沉积物，高于蒙脱石， (3)先加入不同量铬（或砷），吸附4d后加入 (2)先加入固定量砷，吸附4d后加入不同量 等量砷（或铬）的吸附实验中吸附铬的实验结果
V b l . 2 5 N o 6 王雪莲 等 : 砷 酸根 及铬 酸根 在低 聚合轻 基 铁一蒙 脱石 复合 体表 面的 竞争 吸 附 · 4 9 7 - 内艺、`jn ,1 ǎ 一l切 · ù咽誓ǎà、多 l钟切日 í崛普彭助日 砷 初始 质量 浓度 (/ m g · L 一 ’ ) 图 2 同 时加入 砷和 铬 , 并 固定铬 初 始质 量浓 度而 改变 砷 初始 质量 浓度 时 , 复 合体 、 蒙脱 石和铁 沉 积物 的砷 、 铬 吸 附量与砷 初 始质 量浓度 的 关系 . 1一蒙脱 石 吸附 砷 ;2 一 复合体 吸 附砷 ; 3一铁 沉积 物吸 附砷 ; 4- 蒙脱 石 吸 附铬 ; 导一 复合 体吸 附铬 ; 乐一铁 沉积 物 吸附铬 F i.g 2 U pat k e s o f A s a n d C r o n h yd or 笼y . F e 门 m o n t山 o ir ll o - n i t e c o ln P lcx , F e xy h y d or x i d e a n d m o n t m o ir U 0 n t e v e r s u s i n i Ua l A s e o n e e n t r a h o n i n t h e e a s e o f P r i o r m 妞in g A s a n d C r b e fo er t h e a d s o rp t i o n a n d n x i n g t h e i n it a l C r c o n c e n - t r a 6 0 n a t Z · 0 m g几 初始质 量 浓度 (/ m g · L 一 ’ ) 图 3 同时加入 砷 、 铬并 同时 改变砷 、 铬 的初 始质 量浓度 时 , 复合体 、 蒙脱 石和铁沉 积物 的砷 、 铬 吸附量 与砷 、 铬 初始 质量 浓度 的关 系 . 1一蒙 脱石 吸 附砷 ;2一复合 体 吸 附砷 ; 3一 , 铁沉 积物 吸 附砷 ; 今一 蒙脱石 吸 附铬; 5一复合 体吸 附铬 ; 6一 - 铁 沉积 物 吸附铬 F ig · 3 U p t a ke s o f A s a n d C r o n h y d or xy 一 F e 一 m o n t m o r i l o - n i t e c o m Ple x , F e o xy h y d or x i d e a n d m o n t m o r i ll o n et i n t h e c a s e o f P r i o r m 议 i n g C r a n d A s b e fo er a d s o r P iot n , a n d v a r - y i n g C r a n d A s i n i it a l e o n e e n t r a t i o n s s i m u l t a n e o u s ly ,ú、,` ,己 ǎ 一啊友督í如已 量 . 随砷 初始 质 量浓 度 的增 加 , 铁 沉 积物 砷 吸 附 量增 加速 度较 复 合体和 蒙脱 石 快 , 使铁 沉积 物 与 复 合体 、 蒙脱 石 的砷 吸 附量 差 异增 大 . 由于 复合 体砷 吸 附量 增加速 度 相对 较慢 , 复 合体 与 蒙脱石 的砷 吸 附量 差 异 随砷 初 始 质 量浓 度 增 加 略 有减 小 , 与 固定 砷初 始质 量 浓度 时 的吸 附情 况相 似 , 铁沉 积物 的铬 、 砷 吸 附量始 终最 高 , 蒙脱 石 的铬 、 砷 吸 附量始 终 最低 , 复 合体 介 于两 者 之 间 . (3 ) 同时改变 砷 、 铬初 始质 量浓 度 的吸 附实验 结 果 见 图 3 . 蒙脱 石 、 复 合体 和 铁沉 积物 对 砷 、 铬 的吸 附 量均 随 砷 、 铬 初 始 质 量浓 度 的增 加 而增 加 . 相 同样 品对 砷 的吸 附量均 高 于对铬 的吸附 量 ( 砷 、 铬初 始 质量 浓度低 时 , 铁沉 积 物 的砷 、 铬 吸 附量近 于相 等 ) , 而 且 复合体 、 蒙脱石 的砷 吸附 量 高于 铬吸 附量 的幅度 相 对更 大 . 2 .2 不 同顺 序加 入 砷和 铬 的 吸附 实验 ( l) 先加 入 固 定量铬 , 吸 附 4 d 后 , 加入 不 同 量砷 的吸 附 实验 结果 见 图 4 . 图 4 显 示 , 在 先吸 附 铬 4 d 后加 入 不等 量砷 的情 况下 , 蒙脱 石 、 复 合 体 、 铁沉 积物 对砷 的吸 附量 随砷 初始 质量 浓度 的 增加 而显 著增 加 , 对铬 的吸 附量 随砷 初始 质量 浓 度 的增 加 略有 增加 . 所 有情 况下 , 相 同样 品 的砷 吸 附量 均 高于铬 吸 附 量 . 复 合体 的砷 、 铬 吸 附量 低 于铁 沉积 物 , 高于 蒙 脱石 . (2 ) 先加 入 固定量 砷 , 吸 附 4 d 后加 入 不 同量 砷 初始 质量 浓度 (/ m g · L 一 ’ ) 图 4 先加 入 固定量 铬 , 吸 附 4 d 后 加入 不 同 量砷 , 复合 体 、 蒙脱 石和 铁沉 积物 对砷 及铬 的吸 附量 随砷 初始质 量浓度 的 变化 . 1一 蒙脱 石吸 附砷 ;2 一 复合体 吸 附砷 ;3 一铁 沉积物 吸附砷 ; 今一蒙 脱石 吸 附铬 ; 冬一 复合体 吸 附 铬 ; 吞一 . 铁沉 积物 吸 附铬 F i g · 4 U P t a k e s o f A s a n d C r o n h y d or xy 一 F e 一 m o n t m o r i llo - n i t e e o m P le x , F e xy h y d or x id e a n d m o n t m o r i l】o n t e v e r s u s i n i t i a l sA e o n e e n t r a iot n i n t h e c a s e o f a d s o r b in g C r fo r 4 d b e fo er 比e a d d i it o n o f A g 铬 的吸 附实验 结 果见 图 5 . 结 果表 明 , 随着铬 初始 质量 浓度 的增 加 , 蒙 脱石 和铁 沉积 物对 砷 的吸 附 量 基本 不 变 , 复 合体 的砷 吸 附量 略有 增 加 . 样 品 对铬 的吸 附量 均 随铬初 始质 量 浓度 增加 , 但 复合 体 和 蒙脱 石 的铬 吸 附量 增加 幅 度 很小 ( 小 于 .0 3 m吮) , 铁沉 积物 的铬 吸 附量 增加 明显 (约 3 m 留9) . (3 )先 加 入不 同量 铬 ( 或砷 ) , 吸 附 4 d 后 加 入 等 量砷 ( 或铬 ) 的吸 附实验 中吸 附铬 的 实验 结 果
·498· 北京科技大学学报 2003年第6期 6 ●6 5 3 3 蓄 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 铬初始质量浓度mgL) 砷初始质量浓度(mgL-） 图5先加入固定量砷，吸附4后加入不同量铬，复合 图7先加入不同浓度铬（或砷），吸附4d后加入等量 体、蒙脱石和铁沉积物对铬的吸附量随铬初始质量浓 砷（或铬），复合体、蒙脱石和铁沉积物对砷的吸附量与 度的变化.1一蒙脱石吸附砷2一复合体吸附砷；3一铁 砷初始质量浓度的关系，1一先加砷后加铬时蒙脱石吸 沉积物吸附砷；4一蒙脱石吸附铬；5一复合体吸附铬；6 附砷；2一先加砷后加铬时复合体吸附碑；3一先加砷后 一铁沉积物吸附铬 加铬时铁沉积物吸附砷；4一先加铬后加砷时蒙脱石吸 Fig.5 Uptakes of As and Cr on hydroxy-Fe-montmorillo- 附砷：5一先加铬后加砷时复合体吸附砷；6一先加铬后 nite complex,Fe oxyhydroxide and montmorillonte versus 加砷时铁沉积物吸附砷 initial Cr concentration in the case of adsorbing As for 4 d Fig.7 Uptake of As on hydroxy-Fe-montmorillonite com- before the addition of Cr plex,Fe oxyhydroxide and montmorillonte in the case of- adsorbing As(or Cr)of a certain concentration for 4d be- 见图6，吸附碑的实验结果见图7.在实验条件 fore the addition of the same amount of Cr (or As) 下，铬、砷加入序顺对铁沉积物的铬吸附量影响 很小，对复合体、蒙脱石的铬吸附量影响较大.先 变得明显).图7显示，在任何砷、铬初始质量浓 吸附铬，复合体、蒙脱石的铬吸附量明显大于先 度下，先吸附碑时蒙脱石、铁沉积物的砷吸附量 吸附砷时的铬吸附量，并且这种吸附量差异随 都略高于先吸附铬时的砷吸附量，复合体的砷吸 铬、砷初始质量浓度的增加而增大（复合体的铬 附量明显大于先吸附铬时的砷吸附量. 吸附量差异在铬、砷初始质量浓度大于3mgg后 23各种吸附实验的砷、铬吸附量对比 图8是按不同顺序加入砷和铬以及同时加入 砷和铬的竞争吸附与单独吸附砷时的砷吸附量 4 对比，尽管由于实验误差使砷吸附量变化趋势的 规律性受到影响，但仍可看出同时加入砷、铬时 的砷吸附量最大，先加入砷时的砷吸附量其次 2 (初始质量浓度较高时与同时加入砷、铬时的砷 1 吸附量相近)，先加入铬时的砷吸附量最小，低于 0 11 单独吸附砷时的砷吸附量.对于蒙脱石和铁沉积 0 12 3 45 6 物，存在相似规律，但由于砷吸附量差别小，此规 铬初始质量浓度(mgL) 律表现不明显.图9是按不同顺序加入砷和铬以 图6先加入不同量铬（或砷），吸附4d后加入等量砷 及同时加入砷和铬的竞争吸附的铬吸附量与单 (或铬)，复合体、素脱石和铁沉积物对铬的吸附量随铬 初始质量浓度的变化.1一先加砷后加铬时藜脱石吸附 独吸附铬时的铬吸附量对比，与图8相似，同时 铬；2一先加砷后加铬时复合体吸附铬；3一先加砷后加 加入碑、铬时复合体的铬吸附量最大，先加入铬 铬时铁沉积物吸附铬；4一先加铬后加砷时蒙脱石吸附 时的铬吸附量其次（初始质量浓度较高时与同时 铬；5一先加铬后加砷时复合体吸附铬：6一先加铬后加 加入砷、铬时的铬吸附量接近)，先加入砷时的铬 砷时铁沉积物吸附铬 吸附量最小（低于单独吸附铬时的铬吸附量）.蒙 Fig.6 Uptakes of Cr on hydroxy-Fe-montmorillonite com- 脱石与复合体稍有不同，先加入铬时的铬吸附量 plex,Fe oxyhydroxide and montmorillonte in the case of 最大，同时加入碑、铬时的铬吸附量其次，不同实 adsorbing As (or Cr)of a certain concentration for 4 d be- 验铁沉积物的铬吸附量差异很小，规律性不明 fore the addition of the same amount of Cr (or As) 显
. 4 9 8 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 3 年 第 ` 期 二 / 6 二 份夕~ 一一, 3 二 兰荟狂弓; 签口~ ~ 一 门一冲 二 卜 尹í啊友彭如面日 ù,, `, 1 .、的 · 咧羞í多的日 铬 初 始质 量浓 度 / (m g · L 一 ’ ) 图 5 先 加入 固 定量砷 , 吸 附 4 d 后加 入不 同量 铬 , 复合 体 、 蒙脱 石和 铁沉 积物 对 铬 的吸 附量 随铬 初始 质量 浓 度 的变 化 . 1一蒙脱 石 吸 附砷 ;2 一复 合体 吸 附砷 ; 3一铁 沉积 物吸 附砷 ; 4一蒙 脱石 吸 附铬 ; 5 一一 复合 体 吸附 铬 ; 6 一铁 沉积 物 吸附 铬 F ig · 5 U tP a ke s of A s a n d C r o n h y d or 叮一e 一口 o n t m o r il le · n i t e e o . P le x , F e o xy h y d or x i d e a n d m o n t m o r 川o n t e v e sr u s in it is l C r e o n e e n t ar it o n in t h e c a s e o f a d s o r b i . g sA fo r 4 d b e fo 代 t h e a d d it io n o f C r 见 图 6 , 吸 附砷 的实 验结 果 见 图 7 . 在 实 验 条件 下 , 铬 、 砷加 入 序 顺对 铁 沉 积物 的铬 吸 附 量影 响 很 小 , 对 复 合体 、 蒙 脱 石 的铬 吸附 量影 响较 大 . 先 吸 附铬 , 复合 体 、 蒙 脱石 的铬 吸 附量 明显 大 于先 吸 附砷 时 的铬 吸 附 量 , 并 且这 种 吸 附量 差 异 随 铬 、 砷 初 始质 量 浓 度 的增 加 而 增大 ( 复 合 体 的铬 吸 附量 差 异在 铬 、 砷 初 始 质量 浓 度 大于 3 m眺后 砷 初 始质 量浓 度 (/ m g · L 一’ ) 图 7 先 加 入不 同浓 度铬 ( 或 砷 ) , 吸附 4 d 后加 入 等最 砷 ( 或铬 ) , 复合 体 、 蒙 脱石和 铁沉 积物 对砷 的吸附量 与 砷初 始质 里浓 度 的关 系 . 1一先加 砷后 加铬 时 蒙脱石 吸 附砷 ; 2一先 加砷 后 加铬时复合 体 吸附 砷 ; 3一 先加砷 后 加铬 时铁 沉积 物吸 附砷 ; 今一 ~ 先 加铬 后加砷 时 蒙脱石 吸 附砷 ; 冬一先 加铬 后 加砷 时复合 体 吸附 砷 ; 6 一先加铬 后 加砷 时铁 沉积 物 吸 附砷 F i g . 7 U P t a ke o f A s o n h y d or xy 一 F e 一 m o n t m o ir l o n i t e e o m - P l e x , F e o xy 勿d or l i d e a n d m o o t m o r il】o n t e i n ht e e a s e o -f a d s o r b i n g A s ( o r C r) o f a e e r t a i n c o n e e n t r a iot n fo r 4 d b e - fo er t h e a d d i U o n o f t h e s a m e a m o u n t o f C r ( o r sA ) 铬 初始质 量 浓度 汉m g , L 一 ) 图 6 先加 入 不 同量铬 ( 或砷 ) , 吸附 4 d 后 加入 等量 砷 ( 或铬 ) , 复合体 、 蒙 脱石 和铁沉 积物 对铬 的吸 附量随铬 初 始质 量浓度 的 变化 . 1一先加 砷后 加铬 时 蒙脱 石吸 附 铬 ; 2一先 加砷 后加 铬时 复合 体 吸附铬 ; 3- 先加砷 后加 铬 时铁沉 积物 吸 附铬 ; 4一 一 先加 铬后 加砷 时 蒙脱 石吸 附 铬 ; s we 一 先加 铬后 加砷 时 复合 体吸 附铬 ; 吞一先 加铬 后加 砷 时铁沉 积物 吸 附铬 Fig · 6 U P t a ke s o f C r o n h y d r o xy 一 F e 一 m o n t m o r il fo n it e e o m - Pl e x , 凡 o xy h y d m x id e a n d m o n t口 o r il o n t e i n t h e c a s e o f a d s o r b i n g A s O( r C r ) o f a e e rt a in e o n e e n t r a it o n fo r 4 d b e - fo r e t h e a d d i t i o n o f t h e s a m e a m o u n t o f C r o( r sA ) 变得 明显 ) . 图 7 显 示 , 在任 何 砷 、 铬 初 始质 量 浓 度下 , 先 吸 附砷 时 蒙 脱 石 、 铁沉积 物 的砷 吸 附量 都 略高 于先 吸 附铬 时 的砷 吸 附量 , 复合体的砷 吸 附 量 明显 大 于先 吸 附铬 时 的砷 吸 附量 . .2 3 各 种 吸 附 实验 的 砷 、 铬 吸 附 量对 比 图 8 是 按 不 同顺序 加 入砷 和铬 以及 同时加 入 砷 和铬 的竞 争 吸 附 与 单 独 吸 附砷 时 的砷 吸 附 量 对 比 . 尽管 由于实验 误 差 使砷 吸 附量 变化 趋势 的 规 律 性 受 到影 响 , 但仍 可 看 出 同时 加 入砷 、 铬 时 的砷 吸 附量 最 大 , 先 加 入砷 时 的砷 吸 附量 其 次 ( 初 始 质 量浓 度 较 高 时与 同时加 入 砷 、 铬 时 的砷 吸 附量 相近 ) , 先加 入铬 时 的砷 吸 附量最 小 , 低 于 单 独 吸 附砷 时 的砷吸 附 量 . 对 于蒙脱 石 和铁 沉积 物 , 存 在 相似 规 律 , 但 由于砷 吸 附量 差别 小 , 此规 律 表 现不 明显 . 图 9 是按 不 同顺 序 加 入砷和铬 以 及 同时 加 入 砷 和 铬 的竞 争 吸 附 的铬 吸 附 量 与单 独 吸 附铬 时 的铬 吸 附量对 比 . 与 图 8 相 似 , 同 时 加 入 砷 、 铬 时 复合 体 的铬 吸 附量 最 大 , 先 加 入铬 时 的铬 吸 附量 其次 ( 初 始 质量 浓度 较 高 时与 同时 加入 砷 、 铬 时 的铬 吸 附量接 近 ) , 先加 入砷 时 的铬 吸 附量 最 小 (低 于 单独 吸 附 铬 时 的铬 吸 附量 ) . 蒙 脱石 与 复合 体稍 有 不 同 , 先加 入铬 时 的铬 吸 附量 最大 , 同 时加入 砷 、 铬 时 的铬 吸附量 其次 . 不 同实 验 铁 沉积 物 的铬 吸 附量 差 异 很 小 , 规 律 性 不 明 显 . ǎ . 1的 · í呵羞督加已
王雪莲等：砷酸根及铬酸根在低聚合羟基铁一蒙脱石复合体表面的竞争吸附 ·499· Vol.25 No.6 2 -2 4 3 41 -+-3 4 4 8-8 ◆9 3 3 6 合6 ◆10 +7 ◆7 量-11 -8 21 ★12 图 -9 图 1 +10 1 11 12 0 0 2 3 4 5 6 0 23456 砷初始质量浓度(mgL) 铬初始质量浓度(mgL) 图8复合体、蒙脱石、铁沉积物在竞争吸附砷、铬和单 图9复合体、蒙脱石、铁沉积物在竞争吸附砷、铬和单 独吸附砷的实验中的碑吸附量对比.1一同时加砷铬蒙 独吸附铬的实验中的铬吸附量对比.1一同时加砷铬蒙 脱石吸附砷；2一先加砷后加铬蒙脱石吸附砷：3一先加 脱石吸附铬：2一先加砷后加铬蒙脱石吸附铬：3一先加 铬后加砷蒙脱石吸附砷：4一蒙脱石单独吸附碑：5一同 铬后加砷蒙脱石吸附铬：4一蒙脱石单独吸附铬：5一同 时加砷铬复合体吸附砷：6一先加砷后加铬复合体吸附 时加砷铬复合体吸附铬：6一先加砷后加铬复合体吸附 砷：7一先加铬后加碑复合体吸附砷：8一复合体单独吸 铬：7一先加铬后加砷复合体吸附铬：8一复合体单独吸 附神：9一同时加砷铬铁沉积物吸附砷：10一先加碑后 附铬：9一同时加碑铬铁沉积物吸附铬：10一先加砷后 加铬铁沉积物吸附砷：11一先加铬后加砷铁沉积物吸 加铬铁沉积物吸附铬：11一先加铬后加砷铁沉积物吸 附砷：12一铁沉积物单独吸附砷 附铬；12一铁沉积物单独吸附铬 Fig.8 Comparison of the As uptakes on bydroxy-Fe-mon- Fig.9 Comparison of Cr uptakes on hydroxy-Fe-mon- tmorillonite complex,Fe oxyhydroxide and montmori- tmorillonite complex,Fe oxyhydroxide and montmori- llonte in Cr/As competitive adsorption experiment and As llonte in Cr/As competitive adsorption experiment and Cr adsorption experiment adsorption experiment 3讨论 通过竞争吸附而使先加入的离子脱附，吸附量有 所下降（位阻效应）.同时吸附砷、铬酸根比单独 图1和图2显示，当砷酸根和铬酸根其中 吸附砷、铬酸根时的砷、铬吸附量大，可能是因为 种离子的质量浓度固定时，加入不同质量浓度的 砷酸根和铬酸根之间形成了某种离子对而发生 另一种离子不降低第一种离子的吸附量，对于复 共沉淀的原因，这种共沉淀作用与砷、铬质量 合体第一种离子吸附量相反还略有增加.图4和 浓度成正比.当共沉淀的量超过因位阻效应而减 图5更是显示出，当先加入固定质量浓度的某种 少的吸附量时，砷、铬从溶液中减少的总量将增 离子，吸附4d后（据笔者进行的饱和吸附实验， 加.对于吸附相对弱的离子（如此处的铬酸根离 吸附4d已达到平衡)加入不同质量浓度的另一 子)和吸附力相对弱的表面（如蒙脱石），这种现 种离子时，促进了第一种离子的吸附.当第一种 象也相对更明显. 离子是铬酸根时这种现象更明显（图4）（当第一 此外，所有实验结果表明，复合体对砷、铬的 种离子是碑酸根时，只有复合体的吸附表现出此 竞争吸附以及对此两种离子的单独吸附行为与 种现象).这说明先吸附的砷酸根或铬酸根不会 蒙脱石和铁沉积物对这两种离子的吸附行为不 因为铬酸根或砷酸根的吸附而脱附，即砷酸根和 同.复合体的砷、铬吸附量不仅在任何情况下都 铬酸根在复合体、蒙脱石和铁沉积物表面不产生 介于蒙脱石和铁沉积物之间，而且以上讨论的所 竞争吸附.图6~9则表明，砷、铬的加入顺序对吸 有现象在复合体表面都表现得最为突出，说明复 附量有一定程度的影响，先加入砷时的砷吸附量 合体不是蒙脱石和羟基铁的机械混合，而是蒙脱 大于先加入铬时的砷吸附量，先加入铬时的络吸 石与羟基铁以某种特殊方式形成的产物，具有与 附量大于先加入碑时的铬吸附量，说明碑、铬有 蒙脱石和铁沉积物不同的成分、结构和性质，， 相同的吸附位，先加入离子优先占据这些吸附 综上所述，在酸性土壤环境下砷酸根和铬酸 位，所以吸附量相对较高.后加入的离子因不能 根离子可共同吸附于羟基铁-蒙脱石复合体表
Vo l .2 5 N 0 . 6 王 雪莲 等 : 砷 酸根及 铬 酸根 在低聚 合轻 基 铁一蒙脱 石复 合体 表面 的竞 争吸 附 · 4 9 9 · 口以片尸 ù亡、 4 ,`J, ǎ . J切 · í啊友彭的日 ~ 8 ~ 9 ~ 1 0 ~ 1 1 ~ 1 2 口序 亡J4 八ù``, ǎ .切 · í啊羞督的日 三乓二二 砷 初始质 量浓 度 (/ m g · L 一 ’ ) 图 8 复合体 、 蒙脱 石 、 铁沉 积物 在竞 争吸 附砷 、 铬和 单 独吸 附砷 的实验 中的砷 吸附 量对 比 . 1一 同时加 砷铬 蒙 脱石 吸 附砷 ; 2一先 加砷 后加 铬蒙脱 石 吸附砷 ; 3一先加 铬后 加砷 蒙脱 石吸 附砷 ; 今一 ` 蒙脱 石单 独吸 附砷 ; 5 - 一 同 时加 砷铬 复合体 吸 附砷 ; 吞一 先加砷 后加 铬复合 体 吸附 砷 ; 7一先 加铬 后加 砷 复合体 吸 附砷 满- 一 复合体 单独 吸 附砷 ; ,一 同 时加砷 铬铁 沉积 物 吸附砷 ; l 峨卜一 先加砷 后 加铬 铁沉 积物 吸 附砷 ; n一 先加铬 后 加砷铁 沉积 物 吸 附砷 : 12 一铁 沉 积物 单独 吸附 砷 Fi g . 8 C o m P a r is o n o f th e A s u Pt a ke s o n h y d or xy 一 F e 一 m o n - ltn o r川 o n i et e o m Ple x , F e o xy h y d or x id e a n d nI o n t m o ir - l o n et i n C r ZA s c o m P e it t iv e a d s o r P iot n e x P e r im e n t a n d A s a d s o r Pt ot n e x P e r im e n t 铬初始 质 量浓 度(/ m g · L 一 今 图 , 复 合体 、 蒙脱 石 、 铁 沉积物 在 竞争 吸附砷 、 铬 和单 独 吸 附铬的实 验 中的铬吸 附量对 比 . 1一 同时加砷铬 截 脱 石 吸附铬 ; 2一先加 砷后 加铬 蒙脱 石吸 附铬 ; 3一先 加 铬后加 砷蒙 脱石 吸附铬 ; 4一 -蒙 脱石 单独 吸附铬 ; S一 同 时加 砷 铬复 合体 吸附铬 : 卜一 先加 砷后 加铬 复合体 吸 附 铬 : 7一先 加铬 后加砷 复合 体吸 附铬 沼一 ~ 复合 体单 独吸 附铬 ; , 一 - 同时 加砷 铬铁 沉积物 吸 附铬 ; 1 0一先 加砷 后 加铬 铁沉积 物 吸附铬 ; n 一先 加铬 后加砷 铁 沉积物 吸 附铬 ; 12 一铁 沉积物 单独 吸 附铬 F ig · 9 C o m P a isr o n o f C r u Pt a ke s o n h y d or xy 一 F e 一口 o n - t口。 川l o o i et co m川e x , F e o 万 y h y d r o x i d e a n d m o n t m o ir - lle n t e i n C lr A s c o ln Piet t iv e a d s o r P it o n e x P e r im e n t a n d C r a d s o rp it o n e x P e r i m e n t 3 讨 论 图 1 和 图 2 显 示 , 当砷 酸 根和 铬酸 根 其中一 种离 子 的质量 浓度 固定时 , 加入 不 同质 量浓度 的 另一种 离子不 降低 第 一种 离子 的吸 附量 , 对 于 复 合体 第 一种 离子 吸 附量 相 反还 略有 增 加 . 图 4 和 图 5 更 是显 示 出 , 当先 加 入 固定质 量 浓度 的 某种 离子 , 吸 附 4 d 后 ( 据 笔 者进 行 的饱 和 吸 附实验 , 吸 附 4 d 已达 到平 衡 ) 加入 不 同质 量浓 度 的 另一 种 离 子 时 , 促 进 了 第一 种 离 子 的吸 附 . 当第 一 种 离子 是铬 酸 根 时这 种现 象 更 明显 ( 图 4) ( 当第 一 种离 子 是砷酸 根 时 , 只有 复合体 的吸 附表现 出此 种现 象 ) . 这 说 明 先吸 附 的砷 酸根 或铬 酸 根 不会 因为铬 酸 根或砷 酸 根 的吸 附而脱 附 , 即砷 酸根 和 铬 酸根 在 复合 体 、 蒙脱 石和 铁沉 积物 表 面不产 生 竞争 吸 附 . 图 ` 9 则 表 明 , 砷 、 铬 的加 入顺 序对 吸 附量 有 一定程 度 的影 响 , 先加 入砷 时 的砷吸 附量 大于 先加 入铬 时 的砷 吸附量 , 先 加 入铬 时 的铬 吸 附量 大 于先 加 入砷 时 的铬 吸 附量 . 说 明砷 、 铬 有 相 同 的吸 附 位 , 先 加 入 离 子优 先 占据 这些 吸 附 位 , 所 以吸 附量 相对 较 高 . 后 加入 的离子 因不 能 通过竞 争 吸附 而使 先加 入 的离子 脱 附 , 吸 附量 有 所 下 降 ( 位 阻效应 ) . 同时吸 附砷 、 铬酸 根 比 单 独 吸附砷 、 铬 酸根 时 的砷 、 铬 吸附量 大 , 可 能是 因为 砷 酸 根 和 铬酸 根 之 间 形 成 了某 种 离 子对 而 发 生 共 沉 淀 的原 因 「, , ” , 这 种共 沉 淀 作用 与砷 、 铬质 量 浓度 成 正 比 . 当共 沉淀 的量超 过 因位 阻效 应而 减 少 的吸 附量 时 , 砷 、 铬 从 溶液 中减 少 的总 量将 增 加 . 对 于吸 附 相对 弱 的离 子 ( 如 此 处 的铬 酸根 离 子 ) 和 吸 附 力相对 弱 的 表面 ( 如 蒙脱 石 ) , 这种 现 象 也相 对 更 明显 . 此 外 , 所有 实验 结果 表 明 , 复合 体对 砷 、 铬 的 竞 争 吸 附 以及 对 此 两 种 离子 的单 独 吸 附 行为 与 蒙脱 石 和 铁沉 积 物 对 这 两种 离 子 的吸 附行 为 不 同 . 复合 体 的砷 、 铬 吸 附量不 仅 在任 何 情 况下 都 介 于蒙 脱石 和铁 沉积 物之 间 , 而 且 以 上讨 论 的所 有 现象 在 复合体 表 面都表 现得 最 为突 出 , 说 明复 合 体不 是 蒙脱石 和轻 基 铁 的机 械 混合 , 而 是蒙 脱 石 与轻 基铁 以某 种特 殊方 式 形成 的产 物 , 具有 与 蒙脱 石和 铁沉 积 物 不 同 的成 分 、 结构 和 性质 `9, ’ 01 . 综 上所 述 , 在 酸性 土壤 环 境下 砷酸 根 和铬 酸 根 离 子 可 共 同吸 附 于 轻 基 铁 一 蒙 脱 石 复 合 体 表
·500· 北京科技大学。学报 2003年第6期 面，但不产生竞争吸附：碑酸根和铬酸根离子间 参考文献 可形成共沉淀：复合体的存在有利于共沉淀的产 I Violante A,Gianfreda L.Competition in adsorption be- 生，对砷、铬在土壤中的聚积起着重要的作用. tween phosphate and oxalate on an aluminium hydroxide montmorillonite complex [J].Soil Sci Soc AMJ,1993,57 4结论 (5):1235 2孙胜龙，赵晓明.钠、铝改造型膨润土对溶液中C(T) (1)砷酸根、铬酸根在羟基铁-蒙脱石复合体 吸附及其机理研究].水处理技术，1999,25(5)：344 表面不存在竞争吸附.当砷酸根、铬酸根同时存 3廖立兵，Donald G Fraser..铬酸根离子在羟基铁离子- 在时，在实验条件下，复合体的砷、铬吸附量大于 蒙脱石体系中的吸附行为研究[).地球科学，2002， 蒙脱石，小于铁的含水氧化物 27(5):584 (2)砷酸根和铬酸根的加入顺序在一定程度 4姜浩，廖立兵，王素萍.低聚合羟基铁离子-蒙脱石 上影响其在复合体、蒙脱石和铁的含水氧化物表 复合体吸附砷的实验研究).地球化学，2002,31 (6):593 面的吸附，尤其是在复合体表面的吸附，对砷和 5塔姆W,摩尔根JJ水化学M.北京：科学出版社， 铬，先加入较后加入时的吸附量都略有提高.提 1987 高的幅度随碑酸根、铬酸根初始质量浓度的增加 6夏增禄，李森照，李廷芳，等，土壤元素背景值及其 而增大，这种影响对铬酸根更为明显，这一现象 研究方法M.北京：气象出版社，1987 可能说明砷酸根、铬酸根有相同的吸附位，先吸 7 Gao Y,Mucci A.Acid base reactions,phosphate and arse- 附的离子通过位阻效应影响后加入离子的吸附. nate complexation,and their competitive adsorption at the (3)砷酸根和铬酸根同时存在时，非但不降低 surface of goethite in 0.7 mol/L NaCl solution [J].Ge- ochim Cosmochim Acta.2001,65(14):2361 反而一定程度增加对方的吸附量，产生这一现象 8 Geelhoed J S,Hiemstra T,Van Riemsdijk W H.Phosphate 的原因是砷酸根和铬酸根之间通过形成离子对 and sulfate adsorption on goethite:Single anion and com- 而发生共沉淀， petitive adsorption [J].Geochim Cosmochim Acta,1997, (4)添加顺序、初始浓度对吸附量的影响以及 61(12):2389. 砷酸根、铬酸根间的共沉淀作用在复合体表面都 9 Green P H,Pind N.Preparation Niels,characterization,and 表现得比在蒙脱石和铁的含水氧化物表面突出， sorption properties for Ni(I)of iron oxyhydroxide mon- 说明复合体对砷、铬在酸性土壤中的迁移和聚积 tmorillonite[J].Colloids Surf,2000,168:133 有重要影响，也说明复合体具有独特的砷酸根、 10 Harsh J B,Doner H E.The nature and stability of alumin- 铬酸根吸附行为和吸附机制 um hydroxide precipitated on wyoming montmorillonite [J].Geoderma,1985,36:45 Competitive Adsorption of Arsenate and Chromate on Hydroxy-Fe-Montmorillo- nite Complex WANG Xuelian,LIAO Libing,JIANG Hao,WANG Wenqiang School of Material Sciences and Technology,China University of Geosciences,Beijing 100083,China ABSTRACT The competitive adsorption of arsenate and chromate was conducted on the surface of hydroxy-Fe- montmorillonite complex.The effect of the initial concentration and the addition order of arsenate and chromate on their uptake by hydroxy-Fe-montmorillonite complex was investigated.The results show that competitive adsorp- tion does not exist between arsenate and chromate on hydroxy-Fe-montmorillonite complex under experimental conditions.The addition of the secondary anion increases the adsorption of the first one to some extent and this in- crease is proportional to the initial concentration of the two anions.The addition order of arsenate and chromate in- fluences their uptakes to a certain extent,especially on the surface of hydroxy-Fe-montmorillonite complex.This phenomenon is more obvious for chromate for its relative weak affinity for adsorption on these surfaces. KEY WORDS hydroxy-Fe-montmorillonite complex;phosphate;chromate;competitive adsorption
一 5 0 0 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 3 年 第 6 期 面 , 但不产 生 竞 争 吸 附 ; 砷 酸根 和 铬 酸根离子 间 可 形 成共 沉淀 ; 复合 体 的存 在有 利 于共 沉 淀 的产 生 , 对 砷 、 铬 在 土 壤 中 的聚 积起 着 重 要 的作 用 . 4 结 论 ( l) 砷 酸根 、 铬 酸 根在 轻 基 铁一蒙 脱 石 复合 体 表面 不 存在 竞 争 吸 附 . 当砷 酸 根 、 铬 酸 根 同 时存 在 时 , 在 实验 条 件下 , 复合 体 的砷 、 铬 吸 附量大 于 蒙脱 石 , 小于 铁 的 含水 氧 化 物 . (2 ) 砷 酸根 和 铬 酸根 的加 入 顺序 在 一 定程 度 上影 响其 在 复合 体 、 蒙脱 石和铁 的含 水氧 化 物表 面 的吸 附 , 尤 其 是 在 复合 体 表 面 的吸 附 . 对 砷 和 铬 , 先 加 入较 后 加 入 时 的吸 附 量 都略 有 提 高 , 提 高 的幅度 随 砷酸 根 、 铬 酸 根初 始质 量 浓度 的增加 而增 大 . 这种 影 响对铬 酸 根 更 为 明显 . 这 一现 象 可 能说 明砷 酸 根 、 铬 酸根 有 相 同 的吸 附位 , 先吸 附 的离 子通 过位 阻 效应 影 响后 加 入离 子 的吸 附 . (3 ) 砷酸 根 和铬 酸 根 同时存 在 时 , 非但 不 降低 反而 一 定程 度 增加对 方 的吸 附量 , 产 生这 一 现象 的 原 因是 砷 酸根 和 铬 酸 根 之 间 通 过 形成 离子 对 而发 生 共 沉 淀 . (4 )添加 顺 序 、 初 始浓 度对 吸 附量 的影响 以及 砷酸 根 、 铬 酸根 间的 共沉 淀作 用在 复 合体 表 面都 表现 得 比 在 蒙 脱石 和铁 的含水 氧 化物 表面 突 出 , 说 明复 合 体对 砷 、 铬 在酸 性 土壤 中 的迁 移和 聚积 有 重要 影 响 , 也 说 明复 合 体具 有 独 特的砷 酸 根 、 铬 酸根 吸 附行 为和 吸 附机 制 . 参 考 文 献 1 iV o l ant e A , G i an fr e d a L . C o m P e ti ti o n i n ad s o pr ti o n b e - wt e e n Ph o s Phaet an d o x a l at e on an al um in ium h y d r o x i ds m o n mt o r il l o n iet e o m P l e x [JJ . 5 0 11 S e i S o e A M 」 , 1 9 9 3 , 5 7 ( 5 ) : 1 2 3 5 2 孙胜 龙 ,赵 晓 明 . 钠 、 铝 改造型 膨润 土对 溶液 中 C叹VI ) 吸 附及其 机 理研 究 [J] . 水处 理 技术 , 1 9 9 , 2 5( 5) : 3 4 3 廖 立兵 , D on al d G F asr .er 铬 酸根 离子 在 轻基 铁离 子 - 蒙脱 石体 系 中的 吸 附行为研 究 [J] . 地 球科 学 , 2 0 02 , 2 7 ( 5 ) : 5 8 4 4 姜 浩 , 廖 立 兵 , 王 素 萍 . 低 聚合 轻基 铁 离子一 蒙脱 石 复 合体 吸 附砷 的实验 研 究 [J] . 地 球 化学 , 2 0 02 , 31 ( 6 ) : 5 9 3 5 塔 姆 W, 摩 尔 根 J J . 水 化 学 M[ ] . 北京 : 科学 出版 社 , 1 9 8 7 6 夏 增禄 , 李 森 照 , 李 廷芳 , 等 . 土壤 元素 背 景值及 其 研 究方法 【M I . 北 京 : 气象 出版 社 , 1 9 87 7 G a o Y, M u e e i A . A e id bas e er ac it o sn , Pho s Ph at e a n d ar s e - n at e e o m Pl e x a ti o n , a n d het i r e o m P e ti ti v e ad s o prt i o n at t h e s u r fa c e o f go e th iet in 0 . 7 m o lfL N 犯1 50 ut[ i o n [J ] . G e - o e h i m C o sm o e hi m A cat . 2 00 1 , 6 5 ( 14 ) : 2 3 6 1 8 G e e lho e d J S , H i em str a T, 、 ar n 形 em s dij k W H . Pho s Ph aet a n d s ul aft e a d s o pr tion on g o e th iet :s in gl e an i on an d c o m - P e ti tiv e ad s o pr ti on [习 . G e o ihc m C o sm o e him A由 , 1 9 9 7 , 6 1( 1 2 ) : 2 3 8 9 . 9 G r e en P H , P idn N . P r eP ar iat on N i e l s , e h ar e et ir z a tl on , an d s o pr t ion rP op e rt l e s for N i (Il) o f i or n o x y hy d r o x id e m o n - mt ior ll o int e [J] . C o ll o id s S ur f, 2 0 0 0 , 1 6 8 : 1 3 3 1 0 H asr h J B , D on e r H E . hT e n a t u r e an d s abt i1iyt o f a 1um i n - um hy dr ox i d e Per e iPiat e d o n Wy o m ing m o n mt o r ill o n i t e [ J ] . G e o de mr a , 1 9 8 5 , 36 : 4 5 C o m P e t it i v e A d s o pr t i o n o f iA s e n at e an d C h r o m a t e o n H y dr o xy 一 F e 一 M o n tm o r ill o - n i t e C o m P l e x 环乞刃G Xu el ia n, L IA O iL b i gn, 刀刁 N G Hd ,o 环乞 N G 肠 qn ia gn S e h o o l o f M a t e r i a l S c i e n e e s an d介 c lm o l o gy, C h in a U n i v ser i yt o f G e o s e ien e e s , B e ij in g l 0 0 0 8 3 , C h ian A B S T R A C T T七e c o m Pet it i v e a d s o rp t i o n o f ar s e n at e a n d e hr o m at e w as e o n d u c te d o n hte s ur af c e o f hy d r o xy 一 F e - m o n tl n o ir l l o n it e c o m P l e x . T h e e fe e t o f t h e in iat l e o cn e n tr a t i o n a n d ht e a d d i t i o n o r d e r o f ar s en ate 明d e hr om ate on hte ir uP t a k e b y hy d r o xy 一 F e 一 om n it n o ir U 0 n it e c o m Pl e x w as ivn e ist g ate d . Th e re s u l t s s h o w t h at c o m P e t it i v e ad s o rp - t i o n do e s on t e ix st b e协刀 e e n ar s en at e an d c h r om ate on 勿dr o x y 一 F e 一 o n 七n ior ll ion t e c o m P l e x u n d e r e xP e ir m e n ta l e o n d it ion s . T h e a d d it ion o f ht e s e e on d ary an ion in e re a s e s ht e ad s o rp tion o f ht e if r s t o n e t o s o m e e x te nt an d ht i s i-n er e as e 1 5 rP op o n i o n al ot ht e in it ial e o n e e n tr a t i o n o f ht e tw o an i o n s . hT e ad d iit o n o dr er o f ar s e n a t e an d e hr o m at e i n · if u e cn e s ht e i r uP t ak e s to a c e rt a i n e xt e in , e s P e e i a lly o n ht e s ur af c e o f hy dr o xy 一 F e 一 m o n it n o ir ll o n i t e e o m P l e x . T h i s Ph e n o m e n on 1 5 m o er o b v i o u s fo r e h r o m at e fo r it s r e lat i v e w e ak a if n iyt for ad s o prt i o n o n ht e s e s ur af e e s . K E Y W O RD S hy dr o xy 一 F e 一 m o n tm o ir ll o n it e c o m Pl e x : P h o s Ph at e : e hr o m毗: e o l n P e t i ti v e a d s o pr ti o n