水环境中的界面过程吸附

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1、第5章水环境中的界面过程PHASEINTERACTIONS界面：两不同相之间的接触面，例：气—液界面，油—水界面，粘土—水界面相：指体系中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分。主要内容5.1天然水体中的胶体物质5.2固液界面的吸附过程5.3水-固体系中的分配过程5.4挥发作用5.1天然水体中的胶体物质（P128）胶体被定义为“任何线形直径在10-9m到10-6m间的粒子”。分散系胶体分散系粒子直径1nm~1000nm外观较均一、透明分散质微粒大量分子集合体、高分子能否透过滤纸能能否透过半透膜不能稳定性较稳

2、定我国《土工试验规程》将泥沙粒径按大小分类如下图所示。1994年，水利部颁发的《河流泥沙颗粒分析规程》，规定河流泥沙按下表分类。可见，河流泥沙又可以分为泥、沙、石三大类，其中粘粒、粉沙属泥类；沙粒属沙类；砾石、卵石、漂石属石类。泥沙分类粘粒粉沙沙粒砾石卵石漂石粒径（mm）<0.0040.004-0.0620.062-2.02.0-16.016.0-250.0>250.0水中悬浮物和胶体物质天然水体中的胶体分类无机胶体包括各种次生粘土矿物和各种金属水合氧化物有机胶体包括天然的和人工合成的高分子有机物、蛋白质

3、、腐殖质等有机无机胶体复合体1.矿物微粒和粘土矿物粘土矿物是构成土壤粘粒的主要成分，成分为铝硅酸盐，具有片状晶体构造微粒半径<0.25μm黏土单元结构模型片层结构，多孔结构伊利石（水云母）结构2:1型矿物，两层硅氧片间夹一层水铝片而形成单元晶层晶层与晶层之间由K+离子联结，晶层间距离比较固定，不易改变膨胀性较小，具有较高的阳离子交换量是一种风化程度较低的矿物，以温带干旱地区的土壤中含量最多蒙脱石结构2：1型矿物，两层硅氧片中间夹一层铝氧片晶层之间没有钾离子存在，晶层之间主要靠弱的分子力连接，故层间空隙大，

4、水分子容易进入膨胀性大，具有极高的阳离子交换量是伊利石进一步风化的产物，在温带干旱地区的土壤中含量较高高岭石结构1：1型矿物，单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成晶层之间以氢键连接，联结力强，层间空隙不大膨胀性较小，阳离子交换量低为风化度极高的矿物，主要见于湿热的热带和亚热带地区的土壤中参考文献：王兆印等，黄河流域泥沙矿物成分与分布规律，泥沙研究，2007.10参考文献：陈静生等，中国东部河流颗粒物的地球化学性质，地理学报，2000.7黄河泥沙参考文献：王兆印等，黄河流域泥沙矿物成分与分布规律，泥沙研究，

5、2007.102.金属水合氧化物Al在水中的主要形态是：Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-、Al2(OH)24+等无机高分子。Fe在水中的主要形态是：Fe3+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+、Fe(OH)2+、Fe(OH)3、FeOOH等无机高分子Mn与铁类似，丰度较低，但是溶解度要高一些H4SiO4聚合成无机高分子：SinO2n-m(OH)2m2.金属水合氧化物铁、铝、锰、硅等水合氧化物基本组成为Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO(

6、OH)2、MnO2、Si(OH)4、SiO2等，随pH不同，各种形态的比例不同。在一定条件下，铁、铝等均能聚合成多核配合物（P103）,或称为无机高分子溶胶。河流颗粒物中铁、锰氧化物被认为是水体重金属最重要的吸持相之一,但不同晶型的铁、锰氧化物对重金属的吸持能力相差很大，因此有必要加以区分。颗粒物中铝、钛氧化物一般不是重金属的重要吸持相,而更主要的是反映了颗粒物生成的区域地球化学背景。参考文献：陈静生等，中国东部河流颗粒物的地球化学性质，地理学报，2000.73.腐殖质带负电的高分子弱电介质，富里酸、腐殖

7、酸和腐黑物。在不同pH下，展现不同立体结构。参考文献：陈静生等，中国东部河流颗粒物的地球化学性质，地理学报，2000.74.有机无机胶体复合体天然水体中各种环境胶体物质往往并非单独存在，而是相互作用结合成为某种聚集体，即成为水中悬浮物。一般来说，悬浮沉积物是以矿物颗粒，特别是粘土矿物为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上，成为各微粒间的粘附架桥物质，把若干微粒组合成絮状聚集体5.2固液界面的吸附过程1.胶体粒子的性质胶体有极大的比表面胶体的表面电荷（1）表面电荷可来自表面的化学反应此类电荷

8、的产生是由于无机胶体表面上的羟基或有机质胶体的一些基团如-OH,-COOH,-C6H4OH,-NH2等获得或失去质子所致。胶体的表面电荷在较酸性的介质中反应为：M(OH)n(s)+H+M(OH)n-1(H2O)+(s)M(OH)n(s)MO(OH)n-1-+H+在较碱性的介质中：无机胶体（粘土矿物和金属氧化物）表面上的羟基：在某些中等pH值时，所产生的氢氧化物胶粒的净电荷为0，即M(OH)n-1(H2O)+的数目=MO(OH)