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摘 要

重金属污染因其毒性大、难降解、持留时间长等特性而成为环境中的突出问题，金属氧化物是土壤中最为常见的一类矿物，其中水钠锰矿是土壤中最普遍的锰氧化物，具有零点电荷低、比表面积大、氧化性强等特点，是天然环境中最强的氧化剂，是重金属和有机污染物的清除者和重要的汇，对重金属在环境中的迁移、转化及归趋有着较大影响。

本课题主要研究水钠锰矿对典型重金属阳离子（Ni² 、Zn² 、Cd² 、Cu² 、Ba² 、Co² ）在不同pH、离子强度、初始浓度下的吸附行为，其结论有助于分析土壤中不同重金属的化学行为，从而深入理解土壤中锰氧化物对金属的吸附机制。

实验结果表明：Ni² /Zn² /Cd² /Cu² /Ba² /Co² 六种金属阳离子在水钠锰矿上的吸附很大程度上均受pH影响，随着pH的升高，吸附量增加。六种金属阳离子在水钠锰矿上的吸附边基本不受离子强度的影响，可以判断它们在水钠锰矿表面的吸附为内层吸附，形成的是内层配合物。不同重金属初始浓度下，六种重金属阳离子在水钠锰矿上的吸附量随pH升高逐渐增加，且不同初始浓度下的吸附趋势基本一致。

关键词：水钠锰矿 重金属 吸附等温线 吸附边

Study on the Interfacial Behavior of Typical Heavy Metals in Birnessite

Abstract

Heavy metal pollution has become a prominent problem in the environment because of its high toxicity, hard-to-degrade, and long residence time. One of the most common types of minerals in soils is metal oxides, of which birnessite is the most common manganese oxide in soil, with low point of zero charge, large specific surface area, strong oxidation, etc. It is the strongest oxidant in the natural environment, the scavenger of heavy metals and organic pollutants and an important sink.It has a great influence on the migration, transformation and fate of heavy metals in the environment.

This project mainly studies the behavior of birnessite on the adsorption of typical heavy metal cations(Ni² 、Zn² 、Cd² 、Cu² 、Ba² 、Co² ) at different pH, ionic strength and initial concentration. The conclusion is helpful to analyze the chemical behavior of different heavy metals in soil, so as to have a deep understanding of the adsorption mechanism of metals by manganese oxides in soil.

The experimental results show that the adsorption of six metal cations such as Ni² /Zn² /Cd² /Cu² /Ba² /Co² on the birnessite is affected by pH to a large extent. With the increase of pH, the adsorption capacity increases. The adsorption of the six metal cations on the birnessite is basically not influenced by the ionic strength, and their adsorption on the surface of the birnessite can be judged as the inner-sphere adsorption, and the inner-sphere complex is formed. Under different initial concentrations of heavy metals, the adsorption of six heavy metal cations on birnessite increased gradually with increasing pH, and the adsorption edge at different initial concentrations were basically the same.

Key words: Birnessite; Heavy metal; Adsorption isotherm; Adsorption edge

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1土壤重金属污染来源及危害 1

1.2 金属在土壤中的分布特征 1

1.3 环境中的锰氧化物 3

1.3.1 锰氧化物类型及特性 3

1.3.2 重金属在锰氧化物表面吸附影响因素 6

1.3.3 不同金属在锰氧化物表面吸附机制 7

1.4 论文的研究思路 9

1.4.1 选题依据 9

1.4.2 研究内容 9

第二章 水钠锰矿的合成及表征 10

2.1 前言 10

2.2 实验材料与方法 10

2.2.1 实验试剂与仪器 10

2.2.2 实验方法 11

2.3 实验结果与讨论 12

2.4 实验小结 14

第三章 重金属在水钠锰矿表面的吸附行为研究 15

3.1 前言 15

3.2 实验材料与方法 15

3.2.1 实验试剂与仪器 15

3.2.2 实验方法 16

3.3 实验结果与讨论 19

3.3.1 重金属在水钠锰矿表面的吸附等温线实验 19

3.3.2 重金属在水钠锰矿表面的吸附边实验 24

3.4 实验小结 35

第四章 结论与展望 37

4.1 研究结论 37

4.2 研究展望 38

参考文献 39

致 谢 45

第一章 绪论

1.1土壤重金属污染来源及危害

近年来，重金属由于其毒性、富集性、环境持续性和土壤流动性等特性而受到人们广泛关注^[1]。 重金属是指密度＞4.5 g·cm^-3的金属，包括有毒且不能被生物降解的过渡金属^[2]，如：镉(Cd)、锌(Zn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铅(Pb)、砷(As)、铬(Cr)和汞(Hg)等。

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