有机污染物在土壤界面上的吸附行为

影响黑碳吸附有机污染物的因素
黑碳表面 化学性质
黑碳孔 t 隙结构 特征
t 水化学 条件
π-π电 子交互 作用
水分子通过氢键作用，在黑 碳表面含氧官能团周围形成团簇， 从而减少了有机污染物的吸附位 点，导致吸附量显著下降。
苯系列化合物在枫木炭上的吸附等温线
木炭表面含有微孔，石墨 表面不含孔隙，且不带有 任何官能团
Contents
1 2 3 4
土壤的组成
污染物在土壤界面上的吸附机理
不同土壤组分对污染物的吸附机制
展望
一、土壤的组成
二、污染物在土壤界面上的吸附机理
Sorption
adsorption
溶质分子与固 体表面或内部 孔径表面相结 合的过程
partition
吸附质有机物 穿入某一有机 相而被该有机 相吸收的过程
存在问题
解吸滞后
吸附速率随时间增加而减慢
2、非线性表面吸附与分配吸附联合作用
三元反应模型
要点一
吸附有机污染物的组分为无机矿物、无定形的有机 质（软碳）、凝聚态的有机质（硬碳）。无机矿物 和软碳的吸附以线性分配为主，快速可逆，硬碳则 为非线性吸附，吸附缓慢。
要点二
土壤/沉积物对有机污染物的吸附是由一系列线 性和非线性的吸附反应组合而成。
Zhu等研究表面，将木炭与土壤悬浊液混合或在木 炭上预吸附土壤腐殖质后，腐殖质可吸附在黑碳表 面，引起孔阻塞和竞争效应。 Chen等认为共存金属离子也可影响木炭对有机污染 物的吸附。 Cu2+为硬离子，其与黑碳表面官能团配位后，周围 可形成致密的水圈层，减少有机物的吸附位点，表 现为抑制作用。 Ag+为软离子，可缩小黑碳表面官能团周围水圈层， 增加了有机物的吸附位点，表现为促进吸附的作用。
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展望
影响吸附动力学的因素
不可逆吸附机制
吸附态污染物的生物 和化学活性
新型有机污染物的吸附机制
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分配作用和吸附作用的比较
1、线性分配吸附模型 土壤有机质被认 为是具有三维空间结 构的大分子聚合物， 它具有有机亲脂相， 能使疏水性有机物质 从水环境中逃逸到亲 脂相。吸附过程相当 于有机污染物在土壤 的有机相与水之间的 分配作用。
土壤-水体系中一些非离子型有机物的吸附等温线
低浓度，非线性
竞争吸附现象
有机物的不可逆吸附
Pignatello认为，玻璃态（凝聚态的土壤有 机质）中的孔隙刚性强，一旦有机分子钻入则很 难出来，而橡胶态（无定形的土壤有机质）的孔 隙弹性较强，钻入这些孔隙的有机分子比较容易 出来
三、土壤黑碳对污染物的吸附
黑碳是有化石燃料和生物质等不完 全燃烧生成，在土壤和底泥中普遍 存在，占总有机碳含量的1%-20%。 从结构上看，黑碳和活性炭相似， 由细小的石墨碎片经高度无序堆积 而成的疏松，多孔的聚集混合物。 不同来源。燃烧方式以及燃烧条件 下制备的黑碳，在结构形态和化学 组成上差异显著。
黑 碳
黑碳对有机污染你具有很强的吸附能力，特别是当有机污染 物浓度较低时，其吸附能力远高于其他形态的土壤有机质，如腐 植酸。 一般认为，腐殖质对有机物的吸附为线性分配，黑碳对有机 物的吸附为非线性表面吸附。在375℃空气中灼烧可以去除的有机 质为腐殖质，而不能去除的有机质为黑碳
(a)苏州地区水稻土(b)沈阳地区淋溶土 q和Cw分别为吸附平衡时固相和液相的浓度
小分子化合物因为孔隙填充 机制，在木炭上的吸附量高 于石墨 大分子化合物因为分子筛效 应，在木炭上的吸附量低于 石墨
不同化合物在木炭、石墨上单位面 积的吸附量（qch、qgr）对比
TNT、PHEN分别与石墨表面π电子供体结构、π电子受体结构间的 π-π电子交互作用示意图
芳香族化合物与黑碳表面可发生π-π电子交互作用。 在石墨表面π电子受体化合物和π电子供体化合物间的 吸附亲和力明显比非π电子供体、受体化合物要强。 在石墨表面缺陷或边缘附近区域，电子极化度较高，具 有π电子供体能力，而远离这些区域则具有π电子受体 能力。石墨可通过该类型表面结构分别与π电子受体、 供体发生交互作用，导致吸附增强。
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要点三
土壤是高度不均一的吸附剂，竞争吸附是由 土壤有机质本身的不均一性引起的
双态吸附模型
要点一
土壤有机质分为溶解相和孔隙填充相
要点二
有机污染物在溶解相上的吸附是分配过程，孔 隙填充相的吸附服从朗格缪尔等温模式。
要点三
土壤有机质中有大量微小孔隙，这些空隙的物 化性质不同。孔隙是发生吸附的确切位点，孔 隙不同，吸附能力也不同。