【理论】地下水溶质迁移中的两种吸附等温线

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孔隙介质中含有某种溶解物质的饱和水溶液时，该溶质会受到静电或化学力的作用离开溶剂，并被固定于孔隙介质固体基质的表面或内部，这个过程称为吸附作用。相反的过程是，溶质离开固体基质重新进入溶解相中，称为解吸作用。吸附作用是一个统称，它包括吸附与吸枚。吸附是指化学主要附着于孔隙基质的表面，而吸收是指化学组分或多或少地均匀进人固体颗粒中。

我们假定溶液中的化合物浓度与被吸附到孔隙介质的化合物浓度达到平衡。因此。如果在充满砂段的水体里含有溶质浓度为C₁的某种给定物质，我们假定该物质相应的吸附浓度C₁将出现在固相中。如果水中的浓度变为C₂，允许系统达到新的平衡，吸附浓度会达到新的浓度C₂。如此等等，可以想象，如果实验过程的水被反复替换，每次使用比前一次更高的浓度，且每次替换都允许有足够的时间让吸附相和溶解相之间达到新的平衡。根据这类实验的结果对溶解浓度C与吸附浓度C作图，称为等温线图。对于地下水研究中所关注的大多数化合物，等温线表达式可记为以下形式：C=K_fC^a

该式称为Freundlich等温线，其中对每种孔隙介质中与每种化合物常数K_f及指数a应逐一决定。对于一定的化合物，尤其浓度很低时，吸附常常受Freundlich等温线支配，即a实质上为1，C和C满足图1（a）所示线性关系。在这种情况下，等温线的斜率成为分配系数K_d。

C=K_dC

结果，等温线的斜率为：

通常C单位为mg/kg；C的单位为mg/L；因此K_d单位为L/kg。

Freundlich等温线假定固体基质的吸附容量无限大，因而吸附浓度可以随溶质浓度无限增大。而另一种成为Langmuir等温线考虑了最大吸附容量，Langmuir等温线定义为：

该等温线的斜率等于：

其中K_l为Langmuir常数；S为最大吸附浓度或最大吸附容量，如图1（b）所示，表示单位质量孔隙介质所能吸附溶质的最大质量。在溶液浓度低的情况下，Langmuir等温线与线性等温线近似。有K_d=K_lS，在溶液浓度高的情况下，吸附浓度C达到临界值，因为该特性，Langmuir等温线比Freundlich等温线更能真实地反映不同的溶质迁移情况。

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