溶解性有机质(DOM)是水环境中一类复杂的溶解性有机混合物,不仅可影响污染物归趋及生物有效性,且DOM自身属于消毒副产物(DBPs)前驱体.为此,如何高效去除水中DOM已成为当前环境污染控制与治理技术研究的热点问题之一.以商品化腐植酸(HA)为DOM典型代表物质,利用紫外可见吸收光谱结合二维相关光谱法(2D-COS)从动力学、吸附等温线及热力学等角度研究了原始多壁碳纳米管(MWC-NT)、羟基化MWCNT及羧基化MWCNT与HA吸光组分间吸附行为.2DCOS提高了HA一维吸收光谱分辨率,经二维相关吸收光谱图分析显示3种MWCNTs对HA吸光组分的吸附变化顺序均为275 nm→400nm,表明MWCNTs与HA吸光组分间为非均相吸附行为.动力学结果显示MWCNTs与275 nm处HA吸光组分间吸附速率高于MWCNTs与400 nm处HA吸光组分间吸附速率,表明275 nm处HA吸光组分可优先吸附至三种MWCNTs上.在25和35℃条件下,MWNCTs与HA吸光组分间吸附等温线表现为非线性,且Freundlich模型拟合决定系数R2大于Langmuir模型拟合决定系数,表明Freundlich吸附等温模型比Langmuir吸附等温模型更有利于描述MWCNTs与HA吸光组分间吸附等温线.275 nm处HA吸光组分的饱和吸附容量(qmax)及相同给定平衡浓度下单点吸附系数Kd高于400 nm处HA吸光组分,进一步表明MWCNTs与HA吸光组分间为非均相吸附.此外,当给定平衡浓度(ce=0.5 cm-1和ce=1.5 cm-1)越低,MWCNTs与HA吸光组分间结合能力越大,即HA吸光组分浓度较低时更易与MWCNTs上高能吸附位点相结合.相同平衡浓度下MWCNTs与特定HA吸光组分间吸附能力顺序表现为MWCNT8＞ MWCNT8-OH＞ MWCNT8-COOH,表明功能化基团可影响MWCNTs与HA吸光组分间吸附特性.另外,相同条件下单点吸附系数Kd与MWCNTs比表面积间无显著相关性(p＞0.05),表明比表面积不是造成MWCNTs与特定HA吸光组分间结合能力差异的主要因素;Kd与MWCNTs中孔孔隙度间呈显著正相关(p＜0.05)而与微孔孔隙度间无显著相关性(p＞0.05),这主要是由于HA吸光组分可进入MWCNTs中孔而难以通过MWCNTs微孔.最后热力学分析结果显示Gibbs自由能变(△G0)＜0、焓变(△H0)＞0和熵变(△S0)＞0,表明MWCNTs吸附HA吸光组分的过程为吸热反应,可自发进行,升温可促进MWCNTs对HA吸光组分的吸附,且吸附过程中固液界面的无序性增加.相同温度及吸光组分下,MWCNT8的△G0值小于MWCNT8-OH及MWCNT8-COOH,进一步表明MWCNT8与特定HA吸光组分结合能力强于MWCNT8-OH及MWCNT8-COOH.证明了2D-COS可识别HA中具有不同吸附行为的吸光组分,二维相关吸收光谱技术可作为研究MWCNTs与DOM间非均相吸附行为的有效工具.同时,有助于更好地理解MWCNTs与DOM间相互作用特性及机理,不仅可为水环境中DOM去除研究提供基础数据及新的研究思路,且有利于更好地预测自然环境中MWCNTs及DOM迁移传输及环境归趋.
腐植酸 多壁碳纳米管 吸收光谱 二维相关光谱法 吸附