重金屬在水環境中的遷移轉化制作人：白婷

重金屬的定義在化學中一般是指相對密度等于或大于5.0的金屬，包括Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Hg、Ni、Co等45種元素。在環境污染研究中，重金屬多指Hg、Cd、Pb、Cr以及類金屬等生物毒性顯著的元素；其次是指有一定毒性的一般元素，如Zn、Cu、Ni、Co、Sn等。

重金屬的定義在化學中一般是指相對密度等于或大于5.0的金屬，污染特點1234來源廣、殘留時間長、能沿著食物鏈轉移富集，有放大作用。重金屬離子在自然環境中不能被破壞。水體中的某些重金屬可在微生物作用下轉化為毒性更強的金屬化合物。只要有微量重金屬即可產生毒性效應。污染特點1234來源廣、殘留時間重金屬的來源1大氣中的重金屬來源3土壤中的重金屬來源2水體中的重金屬來源重金屬的來源1大氣中的重金屬來源3土壤中的重金屬來源2水體中自然來源：由宇宙天體作用及地球上各種地質作用而使某些重金屬元素進入大氣中人為來源：工業生產、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等。大氣中重金屬的來源自然來源：人為來源：大氣中重金屬的來源

自然因素：

在沒有人為污染的情況下，水體中的重金屬的含量取決于水與土壤、巖石的相互作用，其值一般很低，不會對人體健康造成危害。但，導致水體受到重金屬污染。

人為因素：工礦業廢水、生活污水等未經適當處理即向外排放，污染了土壤，廢棄物堆放場受流水作用以及富含重金屬的大氣沉降物輸入，都使水體重金屬含量急劇升高。

水體中的重金屬來源12水體中的重金屬來源12

土壤中的重金屬來源污水灌溉施用化肥農藥固體廢棄物堆積城市化礦床開發土壤中的重金屬來源污水灌溉施用化肥固體廢棄城市化礦床開發水環境中反應類型吸附解吸絮凝聚沉沉淀溶解氧化還原配合作用水環境中反應類型吸附解吸絮凝聚沉沉淀溶解氧化還原配合作用吸附解吸作用

天然水體中存在著大量黏土礦物、水合氧化物等無機高分子化合物和腐殖質等有機高分子化合物，它們是天然水體中存在的主要膠體物質。由于膠體具有巨大的比表面、表面能和帶電荷，能夠強烈地吸附各種分子和離子，對重金屬離子在水體中的遷移有重大影響。膠體的吸附作用是使重金屬從水中轉入固相的主要途徑。吸附解吸作用

天然水體中存在著大量黏土礦物、水合黏土礦物對重金屬的吸附

離子交換吸附機制

水解吸附機制黏土礦物對重金屬的吸附

離子交換吸附機制

黏土礦物的微粒通過層狀結構邊緣的羥基氫和-OM基中M+離子以及層狀結構之間的M+離子，與水中的重金屬離子交換而將其吸附。

離子交換吸附機制黏土礦物的微粒通過層狀結構邊水解吸附機制

重金屬離子先水解，然后奪取黏土礦物微粒表面的羥基，形成羥基配合物而被吸附：

Me2++nH2O==Me(OH)n(2-n)++nH+

≡AOH+Me(OH)n(2-n)+==≡AMe(OH)n+1(1-n)+

水解吸附機制

重金屬離子先水解，然后奪取黏土礦水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附

一般認為，水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附過程是重金屬離子在這些顆粒表面發生配位化合過程，可用下式表示：

n≡AOH+Men+==(≡AO)n→Me+nH+

式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面的鐵、鋁、硅或錳，Men+為重金屬離子，箭頭代表配位鍵。水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附

一般認為腐殖質對重金屬離子的吸附

腐殖質(Hum)微粒對重金屬離子的吸附，主要是通過它對金屬離子的螯合作用和離子交換作用來實現。

例:Mn2+與腐殖質以離子交換吸附為主，腐殖質對Cu2+、Ni2+以螯合作用為主，與Zn2+或Co2+則可以同時發生離子交換和螯合作用以離子交換為主以絡合作用為主重金屬濃度高時重金屬濃度低時腐殖質對重金屬離子的吸附腐殖質(Hum)微離子交換機理：

螯合作用：

離子交換機理：

膠體微粒的吸附對金屬離子的影響

吸附作用可控制水體中金屬離子的濃度。膠體的吸附作用是使許多微量金屬從飽和的天然水中轉入固相的最重要的途徑。膠體的吸附作用在很大程度上控制著微量金屬在水環境中的分布和富集狀況。大量資料表明，在水環境中所有富含膠體的沉積物由于吸附作用幾乎都富集有Cu2+、Ni2+、Ba2+、Zn2+、Pb2+、Tl、U等金屬。膠體微粒的吸附對金屬離子的影響吸附作用可控制水體中金屬離絮凝聚沉

膠體微粒的聚沉是指膠體顆粒通過碰撞結合成聚集體而發生沉淀現象，這現象也稱凝聚。影響膠體聚沉的兩個主要因素：

微粒電荷：大量陽離子的存在，可促進膠體凝聚。水化膜：水化膜使有機膠體微粒距離增大，分子間作用力變弱，難以聚沉。絮凝聚沉膠體微粒的聚沉是指膠體顆粒通過碰撞結合沉淀溶解反應

重金屬化合物在水中的溶解度可直觀地體現它在水環境中的遷移能力。溶解度大者遷移能力大，溶解度小者遷移能力小。重金屬的氯化物和硫酸鹽(AgCl、Hg2Cl2、PbSO4等除外)基本上是可溶的，重金屬的碳酸鹽、硫化物、氫氧化物卻是難溶的。沉淀溶解反應沉淀溶解反應主要包括以下幾種化合物的沉淀溶解平衡反應1.氫氧化物2.硫化物3.碳酸鹽沉淀溶解反應主要包括以下幾種化合物的沉淀溶解平衡反應1.

氫氧化物金屬氫氧化物的溶解平衡可表示為：

Me(OH)n===Men++nOH-

溶度積為：Ksp=[Men+][OH-]n

一般說來，如果水體中沒有其他配位體，大部分金屬離子氫氧化物在pH較高時，其溶解度較小，遷移能力較弱；若水體pH較小，金屬氫氧化物的溶解度升高，金屬離子的遷移能力也就增大氫氧化物硫化物

在中性條件下大多數重金屬硫化物不溶于水。當天然水體中存在硫化氫時，重金屬離子等就可能形成金屬硫化物。在硫化氫和金屬硫化物均達到飽和的水中，同時存在著兩種平衡：

H2S===H++HS-

K1=[H+][HS-]/[H2S]HS-===H++S2-

K2=[H+][S2-]/[HS-]Me2++S2-===MeS(s)

Ksp=[Me2+][S2-]硫化物

碳酸鹽

HCO3-是天然水體中主要陰離子之一，它能與金屬離子形成碳酸鹽沉淀，從而影響水中重金屬離子的遷移。水中碳酸鹽的溶解度，在很大程度上取決于其中二氧化碳的含量和水體pH。水體中二氧化碳能促使碳酸鹽的溶解：

MeCO3(s)+Co2+H2O===Me2++2HCO3-

可見，水體pH升高，碳酸鹽溶解度下降，金屬離子的遷移能力也就減小。碳酸鹽

沉淀溶解的作用

沉淀溶解作用能使水體中重金屬離子與相應的陰離子生成硫化物、碳酸鹽等難溶化合物，大大限制了重金屬污染物在水體中的擴散范圍，使重金屬主要富集于排污口附近的底泥中，降低了重金屬離子在水中的遷移能力，在某種程度上可以對水質起凈化作用。沉淀溶解的作用沉淀溶解作用能使水體中配合作用

水體中存在著各種各樣的無機配位體、有機配位體，它們能與重金屬離子形成各種絡合物或螯合物，對水體中重金屬遷移及生物效應有很大的影響。羥基的配合作用

氯離子的配合作用無機配位體有機配位體配合作用配合作用水體中存在著各種各樣的無機配位體、有機配無機配位體對重金屬的配合作用

羥基對重金屬離子的配合作用

羥基對重金屬的配合作用實際上是重金屬離子的水解反應。重金屬與堿金屬、堿土金屬不同，能在較低的pH值下水解。以二價離子為例，羥基與其的配合反應可表示如下：

Me2++OH-===MeOH+

K1

MeOH++OH-===Me(OH)2

K2

Me(OH)2+OH-===Me(OH)3-

K3

Me(OH)3-+OH-===Me(OH)42-

K4無機配位體對重金屬的配合作用羥基對重金屬離子的配合作用氯離子的配合作用

氯離子是天然水體中最常見的陰離子之一，被認為是較穩定的配合劑，它與金屬離子(以Me2+為例)的反應主要有：

Me2++

Cl-＝MeCl+

Me2++2Cl-＝MeCl2

Me2++3Cl-＝MeCl3-氯離子的配合作用

氯離子配合作用對重金屬遷移的影響主要表現為：大大提高了難溶重金屬化合物的溶解度。由于氯絡重金屬離子的生成，減弱了膠體對重金屬離子的吸附作用。

氯離子配合作用對重金屬遷移的影響主要表現為：有機配位體與重金屬離子的配合作用

腐殖質是起配合作用的主要物質

腐殖質與金屬離子的螯合反應示意如下：有機配位體與重金屬離子的配合作用腐殖質是起配合作用的主要物氧化還原反應水體中常見的氧化劑常見的還原劑Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)、S(Ⅵ)、Cr(Ⅵ)、As(Ⅴ)、溶解氧等Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、S2－和有機化合物氧化還原反應水體中常見的氧化劑Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)、S(

水體氧化還原條件對重金屬的存在形態及其遷移能力有很大的影響。鉻，礬，硫化合物易溶物難溶物氧化條件還原條件鐵，錳化合物易溶物氧化條件還原條件難溶物水體氧化還原條件對重金屬的存在形態及其遷移能力有很大的氧化還原的化學意義

氧化環境與還原環境的交界線可以成為許多元素的富集地在還原條件占優勢的地下水中含有豐富的Fe2+，當其流入具氧化性的湖沼時，二價鐵變為三價鐵化合物(Fe2O3·nH2O)自溶液中沉淀出來，可以大量地富集成“湖鐵礦”。氧化還原的化學意義氧化環境與還原環境的交界線可以成為許演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！

重金屬在水環境中的遷移轉化制作人：白婷

重金屬的定義在化學中一般是指相對密度等于或大于5.0的金屬，包括Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Hg、Ni、Co等45種元素。在環境污染研究中，重金屬多指Hg、Cd、Pb、Cr以及類金屬等生物毒性顯著的元素；其次是指有一定毒性的一般元素，如Zn、Cu、Ni、Co、Sn等。

重金屬的定義在化學中一般是指相對密度等于或大于5.0的金屬，污染特點1234來源廣、殘留時間長、能沿著食物鏈轉移富集，有放大作用。重金屬離子在自然環境中不能被破壞。水體中的某些重金屬可在微生物作用下轉化為毒性更強的金屬化合物。只要有微量重金屬即可產生毒性效應。污染特點1234來源廣、殘留時間重金屬的來源1大氣中的重金屬來源3土壤中的重金屬來源2水體中的重金屬來源重金屬的來源1大氣中的重金屬來源3土壤中的重金屬來源2水體中自然來源：由宇宙天體作用及地球上各種地質作用而使某些重金屬元素進入大氣中人為來源：工業生產、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等。大氣中重金屬的來源自然來源：人為來源：大氣中重金屬的來源

自然因素：

在沒有人為污染的情況下，水體中的重金屬的含量取決于水與土壤、巖石的相互作用，其值一般很低，不會對人體健康造成危害。但，導致水體受到重金屬污染。

人為因素：工礦業廢水、生活污水等未經適當處理即向外排放，污染了土壤，廢棄物堆放場受流水作用以及富含重金屬的大氣沉降物輸入，都使水體重金屬含量急劇升高。

水體中的重金屬來源12水體中的重金屬來源12

土壤中的重金屬來源污水灌溉施用化肥農藥固體廢棄物堆積城市化礦床開發土壤中的重金屬來源污水灌溉施用化肥固體廢棄城市化礦床開發水環境中反應類型吸附解吸絮凝聚沉沉淀溶解氧化還原配合作用水環境中反應類型吸附解吸絮凝聚沉沉淀溶解氧化還原配合作用吸附解吸作用

天然水體中存在著大量黏土礦物、水合氧化物等無機高分子化合物和腐殖質等有機高分子化合物，它們是天然水體中存在的主要膠體物質。由于膠體具有巨大的比表面、表面能和帶電荷，能夠強烈地吸附各種分子和離子，對重金屬離子在水體中的遷移有重大影響。膠體的吸附作用是使重金屬從水中轉入固相的主要途徑。吸附解吸作用

天然水體中存在著大量黏土礦物、水合黏土礦物對重金屬的吸附

離子交換吸附機制

水解吸附機制黏土礦物對重金屬的吸附

離子交換吸附機制

黏土礦物的微粒通過層狀結構邊緣的羥基氫和-OM基中M+離子以及層狀結構之間的M+離子，與水中的重金屬離子交換而將其吸附。

離子交換吸附機制黏土礦物的微粒通過層狀結構邊水解吸附機制

重金屬離子先水解，然后奪取黏土礦物微粒表面的羥基，形成羥基配合物而被吸附：

Me2++nH2O==Me(OH)n(2-n)++nH+

≡AOH+Me(OH)n(2-n)+==≡AMe(OH)n+1(1-n)+

水解吸附機制

重金屬離子先水解，然后奪取黏土礦水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附

一般認為，水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附過程是重金屬離子在這些顆粒表面發生配位化合過程，可用下式表示：

n≡AOH+Men+==(≡AO)n→Me+nH+

式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面的鐵、鋁、硅或錳，Men+為重金屬離子，箭頭代表配位鍵。水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附

一般認為腐殖質對重金屬離子的吸附

腐殖質(Hum)微粒對重金屬離子的吸附，主要是通過它對金屬離子的螯合作用和離子交換作用來實現。

例:Mn2+與腐殖質以離子交換吸附為主，腐殖質對Cu2+、Ni2+以螯合作用為主，與Zn2+或Co2+則可以同時發生離子交換和螯合作用以離子交換為主以絡合作用為主重金屬濃度高時重金屬濃度低時腐殖質對重金屬離子的吸附腐殖質(Hum)微離子交換機理：

螯合作用：

離子交換機理：

膠體微粒的吸附對金屬離子的影響

吸附作用可控制水體中金屬離子的濃度。膠體的吸附作用是使許多微量金屬從飽和的天然水中轉入固相的最重要的途徑。膠體的吸附作用在很大程度上控制著微量金屬在水環境中的分布和富集狀況。大量資料表明，在水環境中所有富含膠體的沉積物由于吸附作用幾乎都富集有Cu2+、Ni2+、Ba2+、Zn2+、Pb2+、Tl、U等金屬。膠體微粒的吸附對金屬離子的影響吸附作用可控制水體中金屬離絮凝聚沉

膠體微粒的聚沉是指膠體顆粒通過碰撞結合成聚集體而發生沉淀現象，這現象也稱凝聚。影響膠體聚沉的兩個主要因素：

微粒電荷：大量陽離子的存在，可促進膠體凝聚。水化膜：水化膜使有機膠體微粒距離增大，分子間作用力變弱，難以聚沉。絮凝聚沉膠體微粒的聚沉是指膠體顆粒通過碰撞結合沉淀溶解反應

重金屬化合物在水中的溶解度可直觀地體現它在水環境中的遷移能力。溶解度大者遷移能力大，溶解度小者遷移能力小。重金屬的氯化物和硫酸鹽(AgCl、Hg2Cl2、PbSO4等除外)基本上是可溶的，重金屬的碳酸鹽、硫化物、氫氧化物卻是難溶的。沉淀溶解反應沉淀溶解反應主要包括以下幾種化合物的沉淀溶解平衡反應1.氫氧化物2.硫化物3.碳酸鹽沉淀溶解反應主要包括以下幾種化合物的沉淀溶解平衡反應1.

氫氧化物金屬氫氧化物的溶解平衡可表示為：

Me(OH)n===Men++nOH-

溶度積為：Ksp=[Men+][OH-]n

一般說來，如果水體中沒有其他配位體，大部分金屬離子氫氧化物在pH較高時，其溶解度較小，遷移能力較弱；若水體pH較小，金屬氫氧化物的溶解度升高，金屬離子的遷移能力也就增大氫氧化物硫化物

在中性條件下大多數重金屬硫化物不溶于水。當天然水體中存在硫化氫時，重金屬離子等就可能形成金屬硫化物。在硫化氫和金屬硫化物均達到飽和的水中，同時存在著兩種平衡：

H2S===H++HS-

K1=[H+][HS-]/[H2S]HS-===H++S2-

K2=[H+][S2-]/[HS-]Me2++S2-===MeS(s)

Ksp=[Me2+][S2-]硫化物

碳酸鹽

HCO3-是天然水體中主要陰離子之一，它能與金屬離子形成碳酸鹽沉淀，從而影響水中重金屬離子的遷移。水中碳酸鹽的溶解度，在很大程度上取決于其中二氧化碳的含量和水體pH。水體中二氧化碳能促使碳酸鹽的溶解：

MeCO3(s)+Co2+H2O===Me2++2HCO3-

可見，水體pH升高，碳酸鹽溶解度下降，金屬離子的遷移能力也就減小。碳酸鹽

沉淀溶解的作用

沉淀溶解作用能使水體中重金屬離子與相應的陰離子生成硫化物、碳酸鹽等難溶化合物，大大限制了重金屬污染物在水體中的擴散范圍，使重金屬主要富集于排污口附近的底泥中，降低了重金屬離子在水中的遷移能力，在某種程度上可以對水質起凈化作用。沉淀溶解的作用沉淀溶解作用能使水體中配合作用

水體中存在著各種各樣的無機配位體、有機配位體，它們能與重金屬離子形成各種絡合物或螯合物，對水體中重金屬遷移及生物效應有很大的影響。羥基的配合作用

氯離子的配合作用無機配位體有機配位體配合作用配合作用水體中存在著各種各樣的無機配位體、有機配無機配位體對重金屬的配合作用

羥基對重金屬離子的配合作用

羥基對重金屬的配合作用實際上是重金屬離子的水解反應。重金屬與堿金屬、堿土金屬不同，能在較低的pH值下水解。以二價離子為例，羥基與其的配合反應可表示如下：

Me2++OH-===MeOH+

K1

MeOH++OH-===