水环境化学4--水环境中配合作用及吸附作用(11.20).ppt

水环境中的配合作用水体中胶体物质及其吸附作用 1.水环境中的配合作用 水体中的重金属除了进行沉淀-溶解、氧化还原反应外，还可以与很多配体发生配合反应。 水体中各式各样的配体与金属离子形成配合物，对水体中重金属迁移及生物效应有很大的影响。 有人认为，金属离子配位化合物的溶解度可能是影响重金属迁移最重要的因素。 1.1配合物及稳定常数 M + L = ML 1.2无机配位体对重金属的配合作用 天然水中常见的无机配位体有OH-、Cl-、CO32-、 HCO3-、SO42-、F-、S2-和PO43-。 近年来，人们特别注意羟基和氯离子的配合作用， 认为这两者是影响重金属难溶盐类溶解度的重要因 素，能大大促进重金属在环境中的迁移。 羟基与金属离子的配合作用可大大提高某些重 金属氢氧化物的溶解度。 Hahne等人(1973)的研究表明，水中只能0.861μg/mL 的Zn2+和0.039 μg/mL的Hg2+； 而当生成Zn(OH)2与Hg(OH)2和其他羟基配离子时， 水中Zn2+的总溶解度可达160μg/mL， Hg2+的总溶解度可达107μg/mL。 可见，羟基配合作用促进重金属的溶解和迁移是不容置疑的。?? 氯与重金属配合作用的程度决定于Cl-的浓度及重金属离子 对Cl-的亲和力。Cl-对Hg2+的亲和力最强。 氯离子配合作用对重金属迁移的影响主要表现为： (a)大大提高了难溶重金属化合物的溶解度。 当[Cl-]为1 mol/L时，Zn、Cd、Pb化合物的溶解度分别 增加2～77倍； Hg(OH)2和HgS的溶解度分别增加105倍和3.6×107倍。 (b)由于氯络重金属离子的生成，减弱了胶体对重金属离子 的吸附作用。 可见，氯离子的配合作用可以提高重金属的迁移能力。 1.3有机配位体对重金属的配合作用 （一）NTA对重金属的配合作用 （二）腐殖质与重金属的配合作用 （二）腐殖质与重金属的配合作用 腐殖质是天然水体中最重要的有机配体。 水体中几乎所有金属离子都能与腐殖质形成螯合物。 天然水体中对水质影响最大的有机物是腐殖质。 腐殖质由生物残体在水、土、沉积物等介质中转化而来的。? 重金属在天然水体中主要以腐殖质的配合物形式存在。 （二）腐殖质与重金属的配合作用 (a)一般来说，重金属与腐殖质配合作用 Hg2+ Cu2+ Zn2+ Cd2+ Ca2+ Mg2+ 最强 其次 最差 以上这一效应在许多天然条件下都有表现。 eg:沼泽地土壤严重缺乏有效铜，原因是该土壤有机质含量很高，绝大多数的Cu2+ 与腐殖酸形成稳定的螯合物。 （二）腐殖质与重金属的配合作用 (b)水体中的Ca2+ Mg2+ Cl-等离子的含量对腐殖质的螯合作用有一定的影响。 (c)重金属与腐殖质的螯合作用 若生成难溶螯合物，降低重金属的迁移能力； 若生成易溶螯合物，促进重金属的迁移能力。 总的来说， 腐殖酸将金属更多地积蓄在水体底泥中； 富里酸将金属更多地保存在水相中。 1.4 配位体对重金属迁移的影响 （1）影响颗粒物对重金属吸附能力； （2）影响重金属化合物的溶解度。 如：当[Cl-]为1 mol/L时，Hg(OH)2和HgS的溶解度分 别增加105倍和3.6×107倍。 此现象可解释在实际水体中为什么沉积物中的重金属可 再次释放至水体。同理，废水中有机配体的存在可使管 道和含有重金属沉积物的重金属重新溶解，从而降低了 去除重金属污染的效率。 (1).天然水中的胶体物质 (1)矿物微粒和黏土矿物 (2)金属水合氧化物 (3)腐殖质和有机胶体 (4)水体悬浮沉积物 (2).水体中胶体物质的吸附作用 天然水体中的有机胶体主要由腐殖质组成。 腐殖质含有羟基、羰基、羧基、氨基、酚羟基、醌基等多种有机基团。有机胶体粒子表面性质主要由表面有机官能团的性质决定。 由于腐殖质是一种弱阴性高分子电解质,其形态构型与官能团的离解程度有关。 (1)在pH较高的碱性溶液或离子强度低的条件下，羟基和羧基大多离解，沿高分子呈现的负电荷相互排斥，构形伸展，呈现亲水性较强，趋于溶解； (2)在pH较低的酸性溶液或者有较高浓度的金属阳离子存在时，各官能团难于离解而电荷减少,高分子趋于卷缩成团，亲水性弱，趋于沉淀或凝聚。 天然水体中的各种胶体物质相互结合成为某种聚集体，它们可以沉降进入水体底部，也可以重新再悬浮进入水中。 一般悬浮沉积物以矿物微粒，特别是粘土矿物为核心