2.3.2 实验材料和方法

本实验中所用的介质为标准砂(颗粒度0.25～0.65，含泥量小于0.2%)［155］，有色示踪剂为分析纯高锰酸钾和食品级染色剂亮蓝。实验主要分两大部分：一是通过实验确定示踪剂的吸附类型属于线性吸附还是非线性吸附，所用的仪器为哈纳钾离子测量仪HI93750(Hanna Instruments，Italy)，此仪器利用四苯硼酸浊度法，使溶液中的钾离子和反应试剂产生浊度从而测出钾离子的浓度，其测量范围为0.00～50.0mg/L，测量所用波长为470nm，标准EMC偏差为0.01mg/L；二是利用数码相机监视不同时刻砂粒表面颜色的RGB值的变化，通过这些RGB值的变化来分析溶质被砂粒吸附的过程。

本实验在闭光的暗房中进行，布置基本和图2.1一致，光源恒定为两盏功率11W的日光灯，色温约为3800K，所用相机为Minolta Z1(Konica Minolta camera,Inc.Osaka，Japan)。用三脚架将相机固定在离桌子约1.2m处并保持和桌面上被摄物高度基本一致，两盏日光灯置于被摄物两侧，距离被摄物约25cm，并保持45°角照射被摄物，在被摄物体旁放置一张Kodak标准灰度卡以便进行图像的色温调节。实验后期的图像均采用上一节中所提到的高斯模板技术进行平滑处理后进行随机采样。

2.3.2.1 实验一

用4种不同浓度的高锰酸钾溶液浸泡标准砂600h以上，浸泡期间每隔12h搅拌一次，容器用塑料薄膜封口防止水分蒸发，由于光照会加速高锰酸钾的降解，虽然此作用十分缓慢，但在整个实验过程中都将溶液置于避光的暗室中。用移液管取出一定体积(V_s)的溶液样品，用哈纳离子测量仪测出溶液的残余浓度ρ_l。需要注意的是，该仪器是通过检测浊度的方法来测量离子浓度，待检液中任何颜色或沉淀物都会影响其正常工作，因此只能测量无色透明液体中的钾离子浓度ρ_k，所以测量前必须先将溶液样品进行化学处理，使之成为无色透明液体的同时又不增加或减少其中的钾离子数量。具体处理方法如下：在高锰酸钾溶液中加入少量稀硫酸后，再逐滴加入过氧化氢即可，用量筒量出此时溶液的体积V′_s，残余浓度ρ_l=ρ_k×V′_s/V_s。另取少量砂样，用滤纸充分滤去孔隙中的高锰酸钾溶液，在阴凉处晾干称出其质量m_砂。在量筒内加入约20ml的稀硫酸，将干燥的砂样倒入，可得到砂样的体积V_砂和溶液体积V_溶液，继续加入过氧化氢并搅拌，使砂子充分变色，测出此刻的钾离子浓度ρ_k，于是可求出单位质量的砂样中高锰酸钾的含量：ρ_a=(ρ_kV_溶液×)/m_砂。从图2.6(a)中可以看出高锰酸钾溶液的残余浓度和单位质量的砂样中高锰酸钾的含量成良好的线性关系，另外根据Flury对Les evouettes、Vetroz和Lakeland的三种土壤的吸附实验(1995)，亮蓝的吸附也属于线性等温吸附［156］，如图2.6(b)所示。

式中 K_d——经验分布系数。

2.3.2.2 实验二

（1）静水吸附实验。用已经配好不同浓度的高锰酸钾溶液和亮蓝溶液分别浸泡标准砂，并用玻璃棒进行搅拌，使之充分饱和，每隔一段时间取出少量的标准砂，用滤纸尽量除去残余溶液后，将砂子放入一透明有机玻璃容器，置于桌上拍照，取样后立即用塑料薄膜将容器口密封。图2.7表示用1.0g/L的高锰酸钾溶液浸泡24h、96h和408h的照片，图2.8为用1.0g/L的亮蓝溶液浸泡12h、24h和96h的照片，下方为对应的经高斯模板平滑处理后的效果图。

(2)动水吸附实验。实验示意图如图2.9所示，蠕动泵转速为20r/min，流量为0.596mL/s，所用高锰酸钾浓度为0.25g/L，每隔一段时间进行取样，用滤纸吸除多余溶液，将其置于透明有机玻璃容器内进行拍照，其他步骤如静水实验。

亮蓝的动水吸附实验和高锰酸钾动水吸附实验基本一致，蠕动泵转速为20r/min，流量为0.596mL/s，所用亮蓝浓度为1.0g/L。

（3）动水解吸附实验。所用实验装置如图2.10所示，其中的标准砂先用0.25g/L的高锰酸钾和1.0g/L的亮蓝溶液进行动水吸附，到达吸附平衡后开始注入清水，两次解吸附实验中，蠕动泵的转速均为20r/min，流量为0.596mL/s。