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1、水体中螯合剂对重金属迁移转化影响（3）螯合剂同金属碳酸盐的反应。）螯合剂同金属碳酸盐的反应。 固体固体PbCO3通常在天然水所有的通常在天然水所有的pEpH范围和碱性范围都是稳范围和碱性范围都是稳定的，但在存在定的，但在存在NTA情况下，情况下，PbCO3是否会溶解呢？下面通过一则是否会溶解呢？下面通过一则计算来考察此问题。计算来考察此问题。 例：例：NTA浓度为浓度为9.7105M的水中与的水中与PbCO3在在pH=7.00下处于平下处于平衡，计算衡，计算PbCO3是否被是否被NTA显著络合？显著络合？ 在在pH=7.0条件下，条件下，CO2优势形态是优势形态是HCO3, 在在pH=7.0条
2、件下，条件下，NTA 优势形态是优势形态是HT2，因此，因此 PbCO3同同HT2在在pH=7.0时的反应为：时的反应为： PbCO(s) +HT2 PbT +HCO3 n上式是由下列各式相加得到：上式是由下列各式相加得到：n总平衡常数总平衡常数K= =KspK3KfK/ =4.06102n可见可见PbCO3溶解成溶解成PbT的程度取决于的程度取决于HCO3浓度，天然水中浓度，天然水中HCO3为为1.0103M (pH=7.0, 1atm下下) ，则，则 n可见，绝大部分可见，绝大部分NTA将以将以PbT存在（存在（97.6% NTA ），未络合），未络合HT2较少较少（2.4%）。）。n上述
3、几例计算表明：上述几例计算表明：NTA能将重金属从沉淀中释放出来，显然这对螯合能将重金属从沉淀中释放出来，显然这对螯合剂的使用提出了一个潜在的环境问题。剂的使用提出了一个潜在的环境问题。n同时同时NTA等螯合剂对污水的二级处理也是不利的，水体中配体的存在可等螯合剂对污水的二级处理也是不利的，水体中配体的存在可使管道和含有重金属的沉积物中的重金属重新溶解，从而降低重金属的使管道和含有重金属的沉积物中的重金属重新溶解，从而降低重金属的去除效率。去除效率。n但这同时也是一个十分复杂的问题，还必须考虑诸如但这同时也是一个十分复杂的问题，还必须考虑诸如pH、HCO3浓度、浓度、Ca2+浓度及底泥性质等因
4、素，此外，也应考虑动力学因素。浓度及底泥性质等因素，此外，也应考虑动力学因素。NTA存在的存在的潜在危险，使人们意识到某种化学物质的环境效应是长期的。潜在危险，使人们意识到某种化学物质的环境效应是长期的。（4）Ca2+对螯合剂与难溶盐反应的影响对螯合剂与难溶盐反应的影响 我们知道，我们知道，Ca2+、Mg2+都以较大浓度存在于天然水中，特别是都以较大浓度存在于天然水中，特别是Ca2+与与水生生物抗酸雨有关。他们可与螯合剂形成螯合物，故能与微溶盐中的重水生生物抗酸雨有关。他们可与螯合剂形成螯合物，故能与微溶盐中的重金属金属竞争螯合竞争螯合而影响微溶盐的螯合溶解作用。而影响微溶盐的螯合溶解作用。
5、例：例：pH=7.00，未络合，未络合Ca2+浓度浓度=1.0103M，HCO3=1.0103M,考考虑虑Ca2+对对NTAPbCO3（s）络合反应的影响。络合反应的影响。 无无PbCO3(s)存在时（即未被存在时（即未被Pb2+污染）污染） HT2 H+T3 K3=5.251011 Ca2+T3 CaT Kf =1.48108n总反应平衡总反应平衡： Ca2+HT2CaT+H+n可以发现结合在可以发现结合在CaT中的中的NTA分布取决于分布取决于Ca2+和和H+，天然水中未络，天然水中未络合的合的Ca2+=1.0103M，pH=7.00，则，则 即大部分即大部分NTA以以CaT存在。存在。
6、存在存在PbCO3(s)时，发生下列总反应：时，发生下列总反应：上述总反应由下列两反应相加，此两反应由上述计算得到。上述总反应由下列两反应相加，此两反应由上述计算得到。 PbCO3(s) +HT2 PbT+HCO3 K1=4.06102 CaT+H+ Ca2+HT2 转换写法：转换写法： 可见，由于可见，由于Ca2+竞争，大约竞争，大约1/3的的NAT以以PbT存在（存在（34% NAT ），而无），而无Ca2+时时NAT绝大部分以绝大部分以PbT存在（由前面计算题的结果可存在（由前面计算题的结果可见见97.6% NAT ）。故）。故Ca2+竞争使竞争使NTA对对PbCO3的螯合溶解作用减弱，
7、的螯合溶解作用减弱，溶解作用与溶解作用与HCO3和和H+有关。有关。v 腐殖质的生成及其主要成分腐殖质的生成及其主要成分v 腐殖质的化学结构腐殖质的化学结构v 由腐殖质形成鳌合物由腐殖质形成鳌合物腐殖质的生成及其主要成分腐殖质的生成及其主要成分 由于腐殖质（由于腐殖质（Humus）的组成和结构非常复杂，尽）的组成和结构非常复杂，尽管管1800年前腐殖质就已经为人所知，但目前人们对它的年前腐殖质就已经为人所知，但目前人们对它的化学性质和结构等方面迄今还不十分了解。但长期以来，化学性质和结构等方面迄今还不十分了解。但长期以来，人们对它的研究兴趣却一直有增无减，目前，人们对它的研究兴趣却一直有增无减
8、，目前，腐殖质化腐殖质化学学已经成为化学上的一个分支学科。已经成为化学上的一个分支学科。 n腐殖质的环境化学意义在于：腐殖质的环境化学意义在于： 存在于天然水体（或土壤）中的腐殖质对金属离子有螯合作用，对存在于天然水体（或土壤）中的腐殖质对金属离子有螯合作用，对有机物有吸附作用，成为水（或土壤）的天然净化剂；有机物有吸附作用，成为水（或土壤）的天然净化剂； 在加工生产饮用水的氯化过程中，原水中腐殖质与药剂在加工生产饮用水的氯化过程中，原水中腐殖质与药剂Cl2（及其中（及其中所含所含Br2）反应，可生成三卤甲烷类化合物（）反应，可生成三卤甲烷类化合物（THMs），具有强致癌性，成为），具有强致癌
9、性，成为公众健康的一大隐患；公众健康的一大隐患； 水体中的腐殖质可能作为光敏物质参与光化学氧化还原反应。水体中的腐殖质可能作为光敏物质参与光化学氧化还原反应。在光敏在光敏化反应过程中，光能首先被光敏物质（如天然水中的腐殖质或微生物）所吸化反应过程中，光能首先被光敏物质（如天然水中的腐殖质或微生物）所吸收，然后处于激发态的光敏物质将它所吸收的能量传递给基态的化学物质，收，然后处于激发态的光敏物质将它所吸收的能量传递给基态的化学物质，使之成为激发态并发生改变其分子结构的分解反应，而光敏物质又回到初始使之成为激发态并发生改变其分子结构的分解反应，而光敏物质又回到初始的基态。在的基态。在光化学氧化还原
10、反应光化学氧化还原反应中，光敏物质起着类似催化剂的作用，其分中，光敏物质起着类似催化剂的作用，其分子结构本身并不发生改变。子结构本身并不发生改变。 一般地说，腐殖质首先在土壤中生成。土壤中生物体，特别是植物死一般地说，腐殖质首先在土壤中生成。土壤中生物体，特别是植物死亡后，在各种环境条件下分解后残留物就是腐殖质。亡后，在各种环境条件下分解后残留物就是腐殖质。腐殖质在土壤中广泛腐殖质在土壤中广泛存在，占土壤有机质总量的存在，占土壤有机质总量的6070%。腐殖质在土壤中可以呈游离的腐殖腐殖质在土壤中可以呈游离的腐殖酸和腐殖酸盐类状态存在，也可以呈凝胶状与矿质粘粒紧密结合，成为重酸和腐殖酸盐类状态存
11、在，也可以呈凝胶状与矿质粘粒紧密结合，成为重要的胶体物质。腐殖质不仅是土壤养分的主要来源，而且对土壤的物理、要的胶体物质。腐殖质不仅是土壤养分的主要来源，而且对土壤的物理、化学、生物学性质都有重要影响，是土壤肥力指标之一。土壤中腐殖质形化学、生物学性质都有重要影响，是土壤肥力指标之一。土壤中腐殖质形成的过程如图成的过程如图27所示。作为起始物的植物和动物残体大致通过化学分解所示。作为起始物的植物和动物残体大致通过化学分解和微生物分解最终转为腐殖质。和微生物分解最终转为腐殖质。 由于土壤和水体相通，不难理解，在水体和沉积物中也必然存在着相由于土壤和水体相通，不难理解，在水体和沉积物中也必然存在着
12、相当数量的腐殖质。当数量的腐殖质。 但也有研究者指出，海水中所含腐殖质，有部分是在该水体系统中直但也有研究者指出，海水中所含腐殖质，有部分是在该水体系统中直接生成的。接生成的。图图27 土壤中腐殖质的形成过程土壤中腐殖质的形成过程n海水中腐殖质含量约占有机物总量的海水中腐殖质含量约占有机物总量的630，一般在，一般在100300g/L范围之内。海水中腐殖质经用高分子多孔聚合物范围之内。海水中腐殖质经用高分子多孔聚合物XAD2吸吸附浓集后，所得提取物再用酸碱按下列程序处理，即可获得的三种附浓集后，所得提取物再用酸碱按下列程序处理，即可获得的三种重要组分：重要组分：n其中：其中：腐殖酸腐殖酸(Hu
13、mic acid)，是能溶于碱而沉积于酸的组分，是能溶于碱而沉积于酸的组分,分子分子量数千到数万；量数千到数万；富里酸（富里酸（Fulvic acid），是兼能溶于酸和碱的组），是兼能溶于酸和碱的组分分,分子量数百到数千；分子量数百到数千；胡敏质胡敏质(Humin)，是酸、碱皆不溶的组分。，是酸、碱皆不溶的组分。腐殖质的化学结构腐殖质的化学结构n腐殖质具有非常复杂的化学结构，而且结构还随其来源（如土壤、淡腐殖质具有非常复杂的化学结构，而且结构还随其来源（如土壤、淡水、海水、褐煤、沉积物）而异。据分析，腐殖酸分子核心是一个含水、海水、褐煤、沉积物）而异。据分析，腐殖酸分子核心是一个含大量有机杂原
14、子基团的高分子化合物，核心外围联结很多功能基因。大量有机杂原子基团的高分子化合物，核心外围联结很多功能基因。腐殖质的结构中含有羧基、酚基、醇基、羰基等官能团，具有如下的腐殖质的结构中含有羧基、酚基、醇基、羰基等官能团，具有如下的结构特点：结构特点： （1）以碳链为骨架，以）以碳链为骨架，以O，N为交联基团；为交联基团； （2）含氢键，带有很多含氧功能基；）含氢键，带有很多含氧功能基；（3）分子量大，如胡敏质、腐殖酸分子量可达几万；）分子量大，如胡敏质、腐殖酸分子量可达几万；（4）分子内多处带有电荷，高度极性；）分子内多处带有电荷，高度极性；（5）分子内含蛋白质类和碳水化合物类的部分很容易发生水
15、解；芳香）分子内含蛋白质类和碳水化合物类的部分很容易发生水解；芳香核部分不易发生化学降解和生物降解。核部分不易发生化学降解和生物降解。 图图28是富里酸的假想结构式。是富里酸的假想结构式。 图图28 富里酸的假想结构式富里酸的假想结构式由腐殖质形成螯合物由腐殖质形成螯合物腐殖质对环境中几乎所有金属离子都有螯合作用，对于过渡金属尤其腐殖质对环境中几乎所有金属离子都有螯合作用，对于过渡金属尤其如此。如此。对金属螯合能力强弱一般符合欧文对金属螯合能力强弱一般符合欧文威廉（威廉（IrvingWilliam）次）次序即：序即： MgCaCdMnCoZnNiCuHg 表表211列举了各种来源的腐殖质与金属
16、阳离子形成螯合物的稳定常数。列举了各种来源的腐殖质与金属阳离子形成螯合物的稳定常数。表表211 各种来源的腐殖质与金属阳离子形成螯合物的稳定常数各种来源的腐殖质与金属阳离子形成螯合物的稳定常数 从海洋沉积物中分离出的腐殖质，其对金属的总螯合容量约从海洋沉积物中分离出的腐殖质，其对金属的总螯合容量约97150mg/g；对于不同金属，；对于不同金属，Cu、Zn、Ni、Co、Mn，螯合容量分，螯合容量分别为别为67.4、26.1、17.4、9.6、5.6mg/g。 腐殖质与金属生成的螯合物一般都不溶于水腐殖质与金属生成的螯合物一般都不溶于水。富里酸与金属生富里酸与金属生成的螯合物相对易溶些。成的螯合
17、物相对易溶些。一般地说一般地说Fe3+、Cr3+、Al3+、Pb2+、Cu2+的的螯合物更为难溶，所以这些螯合物容易在土壤或沉积物中富集累积。螯合物更为难溶，所以这些螯合物容易在土壤或沉积物中富集累积。n腐殖质与金属间的螯合方式有以下几种：腐殖质与金属间的螯合方式有以下几种：n 一个羧基和一一个羧基和一个酚羟基螯合个酚羟基螯合金属离子金属离子两个羧基两个羧基螯合金属螯合金属离子离子一个羧基与一个羧基与其配位络合其配位络合马双忱马双忱 天然水体是一个巨大的分散系统。其中的分散物质包括各种溶天然水体是一个巨大的分散系统。其中的分散物质包括各种溶解状态的离子和分子，胶体粒子、悬浮粒子以及较大的粗粒子
18、等。解状态的离子和分子，胶体粒子、悬浮粒子以及较大的粗粒子等。颗粒物质按组成可分为三类，即无机粒子、有机粒子以及无机与有颗粒物质按组成可分为三类，即无机粒子、有机粒子以及无机与有机粒子的聚集体。这些粒子可以吸附水中的各种污染物质，明显地机粒子的聚集体。这些粒子可以吸附水中的各种污染物质，明显地影响着污染物质在水体中的存在状态和迁移转化规律影响着污染物质在水体中的存在状态和迁移转化规律。u 吸附现象及其类别吸附现象及其类别u 吸附等温线吸附等温线u 粘土吸附粘土吸附吸附现象及其类别吸附现象及其类别 呈离子或分子状态的吸附质在吸附剂边界层浓集的过程就是呈离子或分子状态的吸附质在吸附剂边界层浓集的过
19、程就是吸附吸附。一般吸附剂是固体，所以按吸附质所在介质是气体或液体，可将吸附一般吸附剂是固体，所以按吸附质所在介质是气体或液体，可将吸附分为气分为气固吸附和液固吸附和液固吸附。在天然水系统中，固吸附。在天然水系统中，悬浮粒子和沉积物都悬浮粒子和沉积物都可成为吸附剂可成为吸附剂，吸附着作为吸附质的各种污染物质吸附着作为吸附质的各种污染物质。 从热力学观点考虑，由于吸附过程是自发发生的，自由焓变化从热力学观点考虑，由于吸附过程是自发发生的，自由焓变化G0为负值；又因为吸附质的分子或离子在过程中增大了有序度，所为负值；又因为吸附质的分子或离子在过程中增大了有序度，所以熵变以熵变S0也为负值，因此按也
20、为负值，因此按G0=H0TS0式，焓变式，焓变H0必小于零，必小于零，也就是也就是吸附过程都是放热的过程吸附过程都是放热的过程。 一般可将吸附分为三种类型，即物理吸附、化学吸附和交换吸附。一般可将吸附分为三种类型，即物理吸附、化学吸附和交换吸附。 物理吸附中的吸附质一般是中性分子，吸附力是范德华引力，吸附热物理吸附中的吸附质一般是中性分子，吸附力是范德华引力，吸附热一般小于一般小于40kJ/mol。被吸附分子不是紧贴在吸附剂表面上的某一特定位。被吸附分子不是紧贴在吸附剂表面上的某一特定位置，而是悬在靠近吸附质表面的空间中，所以这种吸附作用是非选择性的，置，而是悬在靠近吸附质表面的空间中，所以这
21、种吸附作用是非选择性的，且能形成多层重叠的分子吸附层。物理吸附又是可逆的，在温度上升或介且能形成多层重叠的分子吸附层。物理吸附又是可逆的，在温度上升或介质中吸附质浓度下降时会发生解吸。质中吸附质浓度下降时会发生解吸。 在过程中能形成化学键的为化学吸附。吸附热一般在在过程中能形成化学键的为化学吸附。吸附热一般在120200kJ/mol，有时可达，有时可达400kJ/mol以上。温度升高往往能使吸附速度以上。温度升高往往能使吸附速度加快。通常在化学吸附中只形成单分子吸附层，且吸附质分子被吸附加快。通常在化学吸附中只形成单分子吸附层，且吸附质分子被吸附在固体表面的固定活性吸附点上，不能再作左右前后方
22、向的迁移。这在固体表面的固定活性吸附点上，不能再作左右前后方向的迁移。这种吸附一般是不可逆的，但在超过一定温度时也可能被解吸。种吸附一般是不可逆的，但在超过一定温度时也可能被解吸。 交换吸附由呈离子状态的吸附质与带异种电荷的吸附剂表面间发交换吸附由呈离子状态的吸附质与带异种电荷的吸附剂表面间发生静电吸力而引起。离子交换作用也可归入交换吸附这一类。显然，生静电吸力而引起。离子交换作用也可归入交换吸附这一类。显然，吸附质离子带电量愈大或其水合离子半径愈小，则这种静电引力愈大。吸附质离子带电量愈大或其水合离子半径愈小，则这种静电引力愈大。 上述三种吸附在机理上各不相同，但对某一实际的吸附过程来上述三
23、种吸附在机理上各不相同，但对某一实际的吸附过程来说，我们很难判定它究竟属于哪一种类型吸附。说，我们很难判定它究竟属于哪一种类型吸附。 在液在液固吸附中，其速度和程度一般由吸附剂性质（特别是它固吸附中，其速度和程度一般由吸附剂性质（特别是它的比表面积大小）以及吸附质和溶剂的性质决定，因溶剂是大量存在，的比表面积大小）以及吸附质和溶剂的性质决定，因溶剂是大量存在，一般可将这方面的因素视为不变。一般可将这方面的因素视为不变。吸附等温线吸附等温线n用用于于阐明明吸吸附附平平衡衡的的吸吸附附等等温温线方方程程有有三三种种基基本本类型型，即即弗弗罗德德里里希方程、朗格希方程、朗格缪尔尔方程和方程和BET（
24、布（布鲁诺埃米特埃米特泰勒）方程。泰勒）方程。基于基于许多多实验结果果归纳得出的弗得出的弗罗德里希德里希(Freundlich)方程如下：方程如下：式中式中y单位重量吸附位重量吸附剂上吸附的吸附上吸附的吸附质的量，的量，mol/g；cw溶液中吸附溶液中吸附质的平衡的平衡浓度度,mol/L;Ka和和n常数。常数。上列方程可以对数形式的直线方程表示：上列方程可以对数形式的直线方程表示：以以logy对logcw作作图可可得得到到一一条条直直线，也也称称为F型型等等温温线。它它可可通通过实验数据而数据而标绘，并可由直，并可由直线的斜率和截距确定常数的斜率和截距确定常数Ka和和n。如如果果n=1，则y=
25、Kc，这表表明明溶溶质在在吸吸附附剂与与溶溶液液之之间按按固固定定比比值分分配配。也叫也叫Henry等温等温线（H型等温型等温线）例：在1g以粘土为主要组分的土壤中，1）当水相中镉平衡浓度为10-6mol/L时，镉的吸附量是多少？已知镉在水土间的吸附分配系数Kd210ml/g。解：镉在这类土壤中被吸附的等温线符合Freundlich方程，且1/n1，所以有yKdC式中，C的单位为mol/L，Kd的单位为ml/g。yKdC （21010-3）10-62.1010-7mol/g常用于描述常用于描述单分子分子层吸附的朗格吸附的朗格缪尔尔方程方程(Langmuirequation)为：式中式中,x吸附
26、量；吸附量；单位位为mg/g或或mol/g等等;xm单位位质量吸附量吸附剂的最大吸附量的最大吸附量,也称也称为单分子分子层饱和吸附量，和吸附量，单位同上；位同上；b吸附吸附质常数常数;c溶液中吸附溶液中吸附质的平衡的平衡浓度，度，单位位为mg/mL或或mol/L等等;（240）将（将（240）式两边取倒数，得：）式两边取倒数，得：以以1/x对1/c作作图，可可得得出出一一条条直直线，常常称称为L型型等等温温线，通通过实验数据，可以数据，可以计算出算出xm和和b的的值。BET方方程程常常用用于于多多分分子子层吸吸附附。其其表表达达式式也也比比上上两两种种等等温温线方方程程复复杂。由由于于环境境污
27、染染物物通通常常呈呈低低浓状状态，不不大大可可能能达达到到多多分分子子层的的吸吸附，所以在附，所以在环境化学中境化学中应用不广。用不广。吸附速率即为单位时间内吸附到吸附剂上的吸附物浓度。通过实验可测得吸附速率。假定在某一温度下，吸附物的起始浓度为c0，ct为t时刻吸附物的浓度，c0-ct则为经过t时刻被吸附在吸附剂上的吸附物浓度，将c0-ct对t作图。计算曲线下部面积即为吸附量。影响吸附作用的因素很多，首先是pH对吸附作用的影响，在一般情况下，颗粒物对重金属的吸附量随pH升高而增大。其次是颗粒物粒度和浓度的对重金属的吸附量影响，颗粒物对重金属的吸附量随粒度增大而减小，当溶质浓度固定时，吸附量随
28、颗粒物浓度增大而减小。吸附量、 pH和平衡浓度c之间的关系如下：A、B是常数。粘土吸附粘土吸附 粘土是水中作为胶体物质存在的最重要的一类常见矿物质。粘土是粘土是水中作为胶体物质存在的最重要的一类常见矿物质。粘土是次生矿物质次生矿物质 (secondary minerals), 是通过风化和其他化学过程从初生岩是通过风化和其他化学过程从初生岩石形成的，主要有水合铝、硅氧化物组成。一些粘土的化学通式是：高岭石形成的，主要有水合铝、硅氧化物组成。一些粘土的化学通式是：高岭土土,Al2（OH）4Si2O5；胶岭土，；胶岭土，Al2（OH）2Si4O10；囊脱石，；囊脱石，Fe2（OH）2Si2O10；
29、含水云母，；含水云母，KAl2（OH）2（AlSi3）O10。镁和铁常常是。镁和铁常常是同粘土矿物质相伴生的。最常见的粘土矿物质类是伊利石，胶岭土，绿泥同粘土矿物质相伴生的。最常见的粘土矿物质类是伊利石，胶岭土，绿泥石和高岭土。这些粘土矿物质可通过化学通式、结构、以及化学和物理性石和高岭土。这些粘土矿物质可通过化学通式、结构、以及化学和物理性质来区分。质来区分。 分层的结构是粘土的特性，该结构有相互交替的氧化硅层和氧化分层的结构是粘土的特性，该结构有相互交替的氧化硅层和氧化铝层构成。氧化硅层由四面体组成，四面体中每一个硅原子被四个氧铝层构成。氧化硅层由四面体组成，四面体中每一个硅原子被四个氧原
30、子包围。每个四面体中的四个氧原子中的三个是同其它硅原子共用原子包围。每个四面体中的四个氧原子中的三个是同其它硅原子共用的，而这些硅原子又是其它四面体的成分，这样组成的层，称为四面的，而这些硅原子又是其它四面体的成分，这样组成的层，称为四面体层（体层（tetrahedral sheet）。氧化铝包括在一个八面体层中）。氧化铝包括在一个八面体层中（octahedral sheet）,每个铝原子被一个八面体构型中的六个氧原子每个铝原子被一个八面体构型中的六个氧原子所包围，某些氧原子在铝原子中间共用，而另一些氧原子则同四面体所包围，某些氧原子在铝原子中间共用，而另一些氧原子则同四面体层公用。层公用。
31、在在结构上，粘土可分构上，粘土可分为两两层粘土（粘土（TO）和三）和三层粘土（粘土（TOT）。在两）。在两层粘土中，氧原子在一个四面体粘土中，氧原子在一个四面体层和相和相邻的一个八面的一个八面层间公用。在三公用。在三层粘土中，一个八面体粘土中，一个八面体层同两同两边的四面体的四面体层共用氧原子。共用氧原子。这些由二些由二层或三或三层组成的成的层称称为单元元层（unitlayer）。两）。两层粘土的一粘土的一个个单元元层一般大一般大约0.7nm厚，而三厚，而三层粘土的一个粘土的一个单元元层厚度超厚度超过0.9nm。比比较常常见的高岭土属于两的高岭土属于两层粘土，其粘土，其结构示于构示于图212中
32、。由中。由图可可见，在相在相邻的两片之的两片之间，有，有氢键存在。另外，通存在。另外，通过氢键的作用可把水吸附的作用可把水吸附于粘土的表面上。有些粘土，如蒙脱土，于粘土的表面上。有些粘土，如蒙脱土，单元元层之之间能吸附大量的水，能吸附大量的水，以致粘土大以致粘土大为膨膨胀。图图212 高岭土的两层粘土结构示意图高岭土的两层粘土结构示意图n粘土微粒表面一般粘土微粒表面一般带有有净负电荷，粘土微粒的表面荷，粘土微粒的表面电荷可以由固体表荷可以由固体表面的晶格缺陷造成或由晶格内部的同晶置面的晶格缺陷造成或由晶格内部的同晶置换产生。粘土生。粘土矿物物质中中SiO2是一种基本的化学是一种基本的化学单元，
33、在晶格中元，在晶格中Al(III)可置可置换Si(IV)产生生带净负电荷的点：荷的点：同同样，粘土晶格中，粘土晶格中Al(III)被被Mg(II)这样的二价金属置的二价金属置换也也产生生净负电荷。荷。粘土表面的粘土表面的这种种负电荷必荷必须由由层的表面上的表面上缔合的阳离子来合的阳离子来补偿。因。因此此这些阳离子不必适合粘土晶格中的特定点，所以他些阳离子不必适合粘土晶格中的特定点，所以他们可以是相可以是相对大的大的阳离子，如阳离子，如k+、Na+或或NH4+。这些阳离子称些阳离子称为可交可交换的阳离子的阳离子（ExchangeableCations）并且可被水中其他阳离子交）并且可被水中其他阳
34、离子交换。可交。可交换阳离子阳离子的量用每的量用每100g干粘土的一价阳离子的毫克当量表示，称干粘土的一价阳离子的毫克当量表示，称为该粘土的阳离粘土的阳离子交子交换容量容量CEC（CationExchangeCapacity），其），其单位位为mEq(M+)100g粘土，也可以用粘土，也可以用mmol/100g粘土表示。阳离子交粘土表示。阳离子交换容量是具有阳离子容量是具有阳离子交交换能力的胶体和沉能力的胶体和沉积物的一个极重要的定量特性。物的一个极重要的定量特性。粘土颗粒的阳离子交换可以示意为：粘土颗粒的阳离子交换可以示意为：土土A+B+土土B+A+由于由于电中性的条件，交中性的条件，交换必
35、必须是等当量的，即两个是等当量的，即两个单个离子与一个双价个离子与一个双价离子交离子交换。而且交。而且交换速度是很高的。速度是很高的。 粘土矿物质是天然水体中最常见的悬浮物质。由于他们的结构和粘土矿物质是天然水体中最常见的悬浮物质。由于他们的结构和高的比表面积，这些矿物质高的比表面积，这些矿物质具有从水中吸附化学物质的强烈倾向具有从水中吸附化学物质的强烈倾向。所。所以，粘土对在水中的生物废物、有机化学品、气体和其他污染物的输以，粘土对在水中的生物废物、有机化学品、气体和其他污染物的输送和反应中起某种作用。粘土矿物质也可使水中溶解的化学物质有效送和反应中起某种作用。粘土矿物质也可使水中溶解的化学
36、物质有效地固定并发挥某种纯化作用。据认为，某些微生物过程发生在粘土颗地固定并发挥某种纯化作用。据认为，某些微生物过程发生在粘土颗粒表面上。在某些情况下，有机物被粘土吸附，阻止生物降解。所以，粒表面上。在某些情况下，有机物被粘土吸附，阻止生物降解。所以，在有机污染物的微生物降解中，粘土可能起某种作用。粘土吸附可加在有机污染物的微生物降解中，粘土可能起某种作用。粘土吸附可加速有机物的化学降解。速有机物的化学降解。作业P89: 2, 3 补充作业：补充作业： （1） pH=7.00， HCO3=1.25103M的水中，的水中， HT2与与PbCO3处于平衡，计算处于平衡，计算NTA 中中HT2和和PbT占的比例？并分析占的比例？并分析NTA对重对重金属的溶解效应。金属的溶解效应。 （2）要制取）要制取1000L软化水，已知钙的总量软化水，已知钙的总量40mg/L, CO23 = 1.0104M，pH=9.0，计算至少需加入多少，计算至少需加入多少mol NTA才能阻止才能阻止碳酸钙水垢的形成？（碳酸钙碳酸钙水垢的形成？（碳酸钙Ksp=7.21010-9-9, , NTA式量式量=257）
