6、物质输运与吸附过程的深入解析

物质输运与吸附过程的深入解析

1. 相间交换基础

在多相环境中，除了平流、扩散和弥散这些可分别针对固相和液相进行公式化描述的过程外，相间相互作用也是许多环境系统中的关键过程。在特定条件下，孔隙空间中的颗粒会被多孔介质表面吸引，通过诸如电吸引、排斥、络合或化学反应等多种化学过程以不同方式结合，这些过程统称为吸附。

1.1 吸附与解吸的定义

• 吸附 ：指物质从液相向固相的通量过程。
• 解吸 ：与吸附相反，是物质从固相向液相的通量过程。
• 再迁移 ：前期固定在固体基质表面的污染物颗粒，在后期可能会再次迁移并参与扩散和平流过程。

1.2 吸附等温线

通常，液相浓度 ( c ) 和固相浓度 ( c_s ) 并非相互独立，而是存在关联。在快速吸附情况下，这种关系常用函数形式 ( c_s(c) ) 表示，这被称为吸附等温线，可理解为一种平衡状态，类似于化学反应中的平衡。以下是几种常见的吸附等温线：
- 线性等温线 ：( c_s = K_dc )，其中 ( K_d ) 为分配系数，决定了固相和液相浓度的比例。强吸附性组分的 ( K_d ) 值高，弱吸附性组分的 ( K_d ) 值低，非吸附性组分（如大多数环境中的氯化物）不与固相相互作用，被称为示踪剂。
- Freundlich 等温线 ：( c_s = \alpha_{F1}c^{\alpha_{F2}} )，指数 ( \