发布时间 : 星期四 文章可变电荷土壤对重金属的吸附研究论文更新完毕开始阅读524c333859fb770bf78a6529647d27284b73374e
己被重金属等污染[25]。在波兰，采矿和冶炼等产生大量的废弃物，引起空气、土壤、地表水和地下水等严重污染，尤其是重金属污染和氯化物污染等状况令人担忧，大约50%的地表水甚至已经达不到3级水质标准[26]。
1.4重金属在可变电荷土壤/水界面的吸附机理及其影响因素
1.4.1重金属在可变电荷土壤/水界面的吸附机制
可变电荷土壤主要含有机质和矿物质。其中，有机质包括腐殖质和生物残体；矿物质包括矿物母质、粘土矿物、粘土氧化物等。对重金属的吸附中，起主要作用的是有机质中的腐殖质以及矿物质中的粘土矿物、粘土氧化物。其吸附机理按结合力与结合方式的不同，可分为非专性吸附和专性吸附。非专性吸附发生在土壤胶体的扩散双电层中，主要靠静电引力，这种吸附是可逆的，被吸附的离子能被相同电荷的离子置换，故又称交换吸附；专性吸附发生在土壤胶体的决定电位离子层中，直接通过共价键或配位键结合于双电层的内层，吸附强度比前者大，并有较强的选择性，专性吸附的速度较慢。专性吸附以配合反应为主，可分表面配合和层间配合两类。表面配合发生于在固一液体系中硅酸盐颗粒表面，由于硅酸盐中有大量SiO44-、AlO45- 基团，可以与水形成水合氧化物覆盖层，其表面呈负电性，有利于配合作用产生，硅酸盐颗粒表面羟基基团（SiOH）离子反应可
SiOH?SiO??H?表示为:
SiOH?H??SiOH?2
SiOH?M2??H?若以M代表环境中重金属元素，则硅酸盐对重金属离子之间可能发生的配合作
2??2SiOH?M?(SiO)M?2H2用可归纳为：
SiOH?M2??H2O?SiOMOH?2H?
层间配合主要是和有机质中的腐殖质反应，腐殖质含有活性梭基、酚基、羧基以及氨基等配位基，其主要反应方程如下：
由于土壤表面的不均一性，存在两类不同的吸附点位，即结合能高的点位与结合能低的点位初始浓度较低时，重金属首先被吸附在结合能高的点位上；随浓度的升高，低结合能点位也开始吸附重金属离子。吸附于高结合能点位上的重金属离子，受pH变化的影响较小；而吸附在低结合能点位上的重金属离子，由于受到质子的作用而受pH变化的影响较大。一般来说，以静电作用而被吸附的重金属离子结合能较低，而通过专性吸附机制被吸附的重金属离子结合能较高
1.4.2 重金属在可变电荷土壤吸附的影响因素
影响可变电荷土壤吸附重金属的因素主要有两大类，一类为溶液的性质，如pH值、离子强度、溶解性有机质、溶解氧等；第二类主要是可变电荷土壤的组成与性质，如土壤所含的矿物质、表面电荷等。另外光照、温度、水的扰动等因素也能间接影响可变电荷土壤对重金属的吸附行为。 （1）pH值得影响
pH值控制着金属的水合氧化物、碳酸盐以及磷酸盐的溶解度，是影响重金属吸附特性的主要因素，也影响着可变电荷土壤中金属的水解、离子对形成、有机质的溶解、铁铝氧化物以及粘土的表面所带的电荷。
研究表明随着pH值得增大，可变电荷土壤对重金属的吸附量也随着增大。Appel和Mal研究了pH对三种热带土壤吸附铅、镉的影响，发现随着pH的升高，铅、镉的吸附量均增大，其中镉的增幅最为明显。原因可能是因为 pH>3.7时，镉在土壤上的吸附主要以静电作用为主，而铅的吸附还包括层间配合作用，pH通过改变表面电荷进而影响静电作用，pH升高，可变电荷土壤表面的负电点位增加，从而促进了重金属离子的吸附。李程峰等研究发现pH对镉在红壤中的吸附曲线可划分为三区：低pH弱吸附区，中pH值吸附增长区和高pH值强吸附区。随着pH值的不断升高，供试红壤中基于配位反应的专性吸附不断加强。在pH值<11时，沉淀反应由CdCO3控制；当pH>11时，沉淀反应由Cd (OH)2控制。研究者们认为pH升高，土壤表面负电荷密度增大，重金属的电性吸附量增加；pH升高有利于金属离子水解成羟基离子，降低了其向氧化物表面靠近时所须克服的能障，有利于因专性力而在胶体表面的吸附。 （2）离子强度的影响
重金属在可变电荷土壤上的吸附量随着离子强度的增大而减少，但究其原因纵说纷纭。Singh等研究了pH为6.5、4.0时，离子强度对铅离子在粘土上的吸附影响，结果表明，pH为6.5时，KNO3浓度从0增大至0.2M时，铅离子在粘土上的吸附量减少了35%，pH为4.0时，铅离子的吸附量减少了22%。引起这一结果的可能原因是钾离子和铅离子形成竞争作用，钾离子占据了电荷表面的负点电位上，从而减少了铅离子的吸附。Shuman指出，离子强度使土壤对Zn2+可能是由于反应介质Na+竞争吸附的结果。Keren则认为，离子强度增大使土壤对Sr2+吸附能力降低的原因，是由于离子强度增大使Sr2+活度减少的缘故。Swallow认为，离子强度不影响水合氧化铁对Pb2+的吸附，而Cl-的络合作用可以使氧化铁对Pb2+的吸附率降低。
（3）可变电荷土壤的组成与性质对重金属的吸附的影响
有文献报道，铁、铝、锰氧化物含量的增加，都将显著地增大可变电荷土壤
对重金属的吸附量；活性硅则显著地增加可变电荷土壤对重金属的吸附量；粘粒含量的增加能提高重金属的吸附量，被粘土吸持的重金属可能以代换性离子的形式存在，也可能由于进入晶格内部被牢固吸持而难以释放：阳离子交换容量（CEC）反映了土壤胶体的负电荷量，CEC越高，负电荷量越高，通过静电吸引而吸附的金属离子也越多。酸性热带土壤镉吸附与CEC呈正相关，重金属在硅酸盐层面和铁铝氧化物上的吸附由CEC控制。
1.5研究意义及内容
我国南方热带、亚热带地区分布大面积的可变电荷土壤，这类土壤是我国的重要土壤资源。可变电荷土壤在形成过程中遭受强烈的风化和淋溶作用，其粘土矿物组成和表面化学性质均不同于温带地区的恒电荷土壤。虽然过去已对可变电荷土壤的表面电化学特征开展了比较多的研究，但对这类土壤表面电化学性质的影响还不深入。土壤表面化学性质的变化又直接影响离子的吸附和解吸，其中一个重要特点是既可以吸附阳离子也可以吸附阴离子，而且对某些离子可产生专性吸附。离子的专性吸附又对可变电荷土壤的表面电荷性质产生重要影响。近代工农业的发展，天然水环境的污染日益严重。作为水体中的主要污染物之一，重金属越来越受到人们的普遍关注。不可降解性、迁移性小以及易土壤中富集等特点，经水、植物等介质最终影响人类健康。吸附作用是重金属进入土壤、水体沉积物以及水体中的悬浮颗粒物后发生的一个重要过程。重金属在土壤或沉积物上的吸附除了受到重金属本身的性质，土壤、沉积物中的胶体物质和有机质等影响外，其他污染物的存在也会影响重金属在土壤和沉积物中的吸附行为。
本研究以Cu2+为目标污染物，通过改变环境因素如温度、pH、离子强度等因素，来确定可变电荷土壤对Cu2+吸附的最佳条件，并通过Zeta电位测定仪监测可变电荷土壤吸附Cu2+的表面电荷变化来探究其吸附机理。
第二章 实验材料、设备和方法
2.1实验试剂与仪器
2.1.1实验试剂与材料
表2-1 化学试剂和材料
实验试剂 Cu(NO3)2 KOH HNO3 Cd(NO3)2 HgCl2 ZnSO4 KNO3 草酸 酒石酸 对硝基苯酚 供试土样
级别 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 —
生产厂商
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徐闻县砖红壤
2.1.2实验仪器
表2-2 主要实验仪器
仪器型号名称 ZS90 Zeta电位仪 雷磁pHS-3C型pH计 KQ-100VDE 超声波清洗器 UV-5800型紫外可见光分光光度计
101A型电热鼓风干燥箱
立式冰箱
傅里叶变换红外谱仪: Vector 33 扫描电子显微镜: S-3700N JBQ-ZD全温振荡器
产地
马尔文仪器有限公司 上海精密科学仪器有限公司 昆山超声仪器有限公司 上海安锐自动化仪表有限公司 吴江华飞电热设备有限公司
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