汉江上游表层沉积物对Mn(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)的吸附和运移特征

作     者：李鹏飞 杨婵 宋凤敏 赵航航 李巧云 齐文博 刘智峰 

作者机构：陕西理工大学化学与环境科学学院 秦巴生物资源与生态环境国家重点实验室(培育) 

出 版 物：《农业环境科学学报》 (Journal of Agro-Environment Science)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(22073059) 陕西理工大学秦巴生物资源与生态环境重点实验室“市校共建”科研专项(SXJ-2016) 陕西省自然科学基金项目(2024JC-YBQN-0252) 

主　　题：沉积物 Mn(Ⅱ)/Cd(Ⅱ) 吸附实验 Hydrus-1D 

摘      要：为研究汉江上游沉积物对Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）的吸附特性和运移规律，自汉江上游某干流段采集供试表层沉积物样品，采用静态-动态吸附方法，结合Hydrus-1D软件，对沉积物中Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）的吸附和运移特征进行研究。批平衡吸附实验结果表明，沉积物对Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）的吸附性能主要受溶液pH的影响，随着溶液pH升高，沉积物对Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）的吸附量和吸附率均增大，当pH=7时，沉积物对Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）的吸附量与吸附率较为理想。在吸附过程中，沉积物对Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）的吸附行为更符合伪二级动力学模型，表明在Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）的吸附过程中起主要作用的是化学吸附，该模型下Mn（Ⅱ）相关系数R2为0.999 9，Cd（Ⅱ）相关系数R2为0.999 5，且通过吸附量和t1/2计算Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）在沉积物上的颗粒内扩散系数发现颗粒内扩散在吸附过程中也有重要作用。柱实验结果进一步说明，重金属在沉积物中的迁移主要受重金属浓度的影响，随着淋溶液中重金属溶液浓度的增加，穿透土柱和迁移完成的时间越短出流液浓度峰值到达越早，Mn（Ⅱ）在40～300 mg·L-1不同浓度下穿透土柱和迁移完成的时间逐渐降低，最短为132 h和540 h，Cd（Ⅱ）在50～200 mg·L-1不同浓度下穿透土柱和迁移完成的时间逐渐降低，最短为94 h和556 h，表明重金属离子在水体沉积物中易迁移，造成水体中更深度的污染。沉积物吸附Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）前后的FT-IR图表征结果表明，离子交换、络合反应和沉淀反应是沉积物吸附Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）的主要机制。结合批平衡吸附实验与柱实验的分析结果，证实了重金属离子在表层沉积物中易迁移，造成水体更深程度的污染，FT-IR与XPS表征分析发现Mn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）与Fe氧化物和碳酸盐发生沉淀反应。