离子强度对可变电荷表面吸附性铜离子解吸的影响:可变电荷土壤

为进一步了解离子强度对可变电荷表面吸附性铜离子连续性解吸的影响,研究两种可变电荷土壤在去离子水和0.1 mol·L~(-1)NaNO_3溶液中吸附铜离子后,依次在去离子水和浓度由低到高的NaNO_3溶液中连续解吸时,离子强度变化对不同pH段铜离子解吸的影响。结果表明,解吸过程中离子强度变化方向对解吸分值随pH升高的变化趋势的影响完全不同,当离子强度由大变小时,解吸分值曲线的总体趋势是随着pH的升高而降低,反之,曲线呈现为钟形,且当去离子水第一次解吸在0.1mol·L~(-1)NaNO_3溶液中吸附的铜离子时,两种可变电荷土壤的第一次去离子水解吸均可出现重吸附现象,但铁质砖红壤解吸分值绝对值要小于红壤。整个解吸过程中,两种可变电荷土壤的铜离子吸附性铜离子的解吸特征与高岭石基本相似,但可变电荷土壤与高岭石以及两种可变电荷土壤之间,解吸分值的变化规律均存在一定的差异性,可变电荷土壤中的氧化铁含量多少被认为是导致这些差异的主要原因。     

不同NaNO_3浓度下可变电荷土壤铜离子解吸率的分配及影响因素

研究了江西红壤和昆明铁质砖红壤在去离子水中和在0.1molL-1NaNO3溶液中吸附铜离子后,依次在包括去离子水在内,浓度由低到高的NaNO3溶液中解吸时,铜离子解吸率在不同吸附pH段的分配规律。结果表明,随着吸附pH的升高,可在去离子水中解吸的铜离子解吸率变化规律与在NaNO3溶液中者完全不同。在所研究的吸附pH范围内,大致以吸附pH3.7~4.0为界,低于此值时,吸附性铜离子基本以在去离子水中解吸为主,反之则基本为交换性解吸。土壤中氧化铁含量和吸附时溶液的NaNO3浓度越高,则能被交换解吸的铜离子所占总解吸率的比例越低。其原因与不同pH段各种铜离子吸附态在不同吸附条件下的比例分配以及解吸对体系pH的影响有关。     

不同浓度铜离子土壤的吸附-解吸行为——兼论弱专性吸附态的存在

研究了三种可变电荷土壤和两种恒电荷土壤不同铜离子浓度条件下的吸附-解吸行为。结果表明,不同铜离子浓度下土壤的pH-Cu2+吸附率曲线均在低pH段出现会合,且随着铜离子浓度升高,pH-Cu2+吸附率曲线有向右偏移的趋势。证实了可变电荷土壤中吸附性铜离子可被去离子水解吸,并存在解吸峰现象。针对解吸前后吸附体系pH值的变化研究结果显示,吸附时体系pH低于5.0时,解吸后pH上升;而吸附体系pH高于5.0时,解吸后pH下降,表明pH5.0可能是土壤吸附铜离子机理发生变化的又一个转折点。本文还对专性吸附中弱吸附态的存在和形成原因进行了初步探讨。     

电解质浓度对土壤吸附铜离子时氢离子释放的影响

研究了不同铜离子浓度、不同电解质浓度情况下,吸附铜离子时氢离子释放对两种可变电荷土壤和4种恒电荷土壤悬液pH的影响。研究结果表明,除了黄棕壤外,含铁量越高,由于吸附铜离子后所引起的土壤ΔpH最大值越小。加入的铜离子浓度为10-4 mol L-1时,铜离子吸附对中和曲线形状没有根本影响。在较低浓度时,铜离子吸附时氢离子的释放较少;而在较高浓度时,当体系pH大于一临界值时,开始释放大量氢离子。氧化铁是引起恒电荷土壤和可变电荷土壤在吸附铜离子时氢离子释放差异产生的主要原因。电解质浓度的变化对恒电荷土壤和可变电荷土壤吸附铜离子后中和曲线变化影响有很大的区别,含铁量越高,电解质浓度对土壤吸附铜离子后的氢离子释放的影响越小。     

电解质浓度对土壤吸附铜离子时氢离子释放的影响

研究了不同铜离子浓度、不同电解质浓度情况下,吸附铜离子时氢离子释放对两种可变电荷土壤和4种恒电荷土壤悬液pH的影响。研究结果表明,除了黄棕壤外,含铁量越高,由于吸附铜离子后所引起的土壤ΔpH最大值越小。加入的铜离子浓度为10-4molL-1时,铜离子吸附对中和曲线形状没有根本影响。在较低浓度时,铜离子吸附时氢离子的释放较少;而在较高浓度时,当体系pH值大于一临界值时,开始释放大量氢离子。氧化铁是引起恒电荷土壤和可变电荷土壤在吸附铜离子时氢离子释放差异产生的主要原因。电解质浓度的变化对恒电荷土壤和可变电荷土壤吸附铜离子后中和曲线变化影响有很大的区别,含铁量越高,电解质浓度对土壤吸附铜离子后的氢离子释放的影响越小。     

离子强度和pH对可变电荷土壤与铜离子相互作用的影响

研究了离子强度和pH对可变电荷土壤表面电荷与铜离子吸附的影响。作为对照 ,也研究了它们对恒电荷土壤黄棕壤的有关性质的影响。结果表明 ,随pH升高 ,土壤的表面负电荷增加 ,正电荷减少。对于可变电荷土壤 ,可出现电荷零点 (pH0 )。随pH升高 ,土壤对Cu2 的吸附量增大。随着离子强度增大 ,恒电荷土壤对Cu2 的吸附百分率明显降低 ,可变电荷土壤对Cu2 离子的吸附百分率也降低 ,但降低的幅度比恒电荷土壤者小得多。土壤中氧化铁的含量越高 ,降低的幅度越小。对于含 2 1 %左右游离氧化铁的铁质砖红壤 ,即使支持电解质NaNO3的浓度高达 1molL- 1,对Cu2 的吸附仍然几乎没有影响。从离子强度和pH与土壤表面电荷和铜离子吸附的关系 ,可以推测在土壤对铜离子的吸附中 ,既存在电性吸附 ,又存在专性吸附。在可变电荷土壤对铜离子的吸附中 ,专性吸附较为重要     

离子强度对可变电荷表面吸附性铜离子解吸的影响:高岭石

为了解连续性解吸对可变电荷表面吸附性铜离子解吸的影响,研究了高岭石在去离子水和0.1 mol L~(-1) NaNO_3溶液中吸附铜离子后,依次在去离子水以及浓度由低到高的NaNO_3溶液中连续解吸时,离子强度变化对不同pH段铜离子解吸的影响。结果表明:在去离子水中和不同浓度NaNO_3中解吸吸附性铜离子时,pH-解吸分值曲线的变化趋势完全不同。在去离子水中解吸时可出现重吸附现象,而在NaNO_3中解吸时出现解吸峰现象。高岭石pH-铜离子解吸分值曲线的拐点pH与pH吸附有着对应关系,且pH特征与高岭石pH0关系密切。离子强度变化导致的吸附表面电位变化、高岭石边面的诱导水解作用和土壤表面电荷性质随pH升高的变化被认为是导致这些现象的原因。     

连续解吸中离子强度对可变电荷表面吸附性铜离子解吸的影响 ：高岭石

为了解连续性解吸对可变电荷表面吸附性铜离子解吸的影响,研究了高岭石在去离子水和0.1 mol L~(-1) NaNO_3溶液中吸附铜离子后,依次在去离子水以及浓度由低到高的NaNO_3溶液中连续解吸时,离子强度变化对不同pH段铜离子解吸的影响。结果表明:在去离子水中和不同浓度NaNO_3中解吸吸附性铜离子时,pH-解吸分值曲线的变化趋势完全不同。在去离子水中解吸时可出现重吸附现象,而在NaNO_3中解吸时出现解吸峰现象。高岭石pH-铜离子解吸分值曲线的拐点pH与pH吸附有着对应关系,且pH特征与高岭石pH0关系密切。离子强度变化导致的吸附表面电位变化、高岭石边面的诱导水解作用和土壤表面电荷性质随pH升高的变化被认为是导致这些现象的原因。     

支持电解质浓度对磷酸根在可变电荷土壤表面吸附和解吸的影响

研究了离子强度对2种可变电荷土壤中磷酸根吸附和解吸的影响。结果表明,当pH分别大于3.7和4.0时,红壤和砖红壤对磷酸根的吸附量随离子强度的增加而增加;当pH分别小于3.7和4.0时,红壤和砖红壤对磷酸根的吸附量随离子强度呈相反的变化趋势。电解质主要通过改变离子专性吸附面上的电位来影响磷酸根的吸附。Zeta电位的测定结果表明,当pH大于土壤胶体的等电点(IEP)时,吸附面上电位为负值,且随离子强度增加数值减小,对磷酸根的排斥力减小,土壤表面对磷酸根的吸附量增加;当pH小于IEP时,吸附面上的电位为正值,它随离子强度增加而减小,不利于磷酸根的吸附。解吸实验的结果表明,吸附于可变电荷土壤表面的磷酸根在去离子水中的解吸量高于0.1 mol L-1NaNO3体系中的解吸量。这同样由于电解质浓度对土壤表面吸附面上的电位的影响所致。     

可变电荷土壤吸附铜离子时氢离子的释放

可变电荷土壤吸附铜离子后 ,土壤的中和曲线上不出现pH突跃 ,而变成一条平缓变化的曲线。当土壤悬液的pH低于一定数值时 ,加入铜离子后不释放氢离子。该pH值与土壤中氧化铁的含量有关。氧化铁的含量越高 ,该pH值越高。对于大多数可变电荷土壤 ,此pH值为 4左右。对可变电荷土壤 ,pH值越接近 4,氢离子释放的快速过程越不明显。在pH 4左右 ,加入铜离子后 1 0分钟时 ,释放的氢离子量仅占 6 5分钟时释放量的 3 0 %左右。但当pH值高于 4 5时 ,在大多数情况下 ,加入铜离子后半分钟时释放的氢离子量即可占 6 5分钟时的 5 0 %以上。恒电荷土壤吸附铜离子时氢离子的释放速度比可变电荷土壤快得多。即使pH值低至 3 8,在加入铜离子后半分钟时氢离子的释放量即占 6 5分钟时的 5 6 %以上。可变电荷土壤吸附铜离子时的H/Cu比比恒电荷土壤大得多。当恒电荷土壤悬液中加入0 1mo1L- 1 NaNO3作支持电解质时 ,吸附铜离子时的H/Cu比增大。     

连续解吸中离子强度对可变电荷土壤和高岭石体系pH的影响

研究了两种可变电荷土壤中在去离子水中和0.1 mol L-1 Na NO3溶液中吸附铜离子和钙离子后依次被浓度从低到高的Na NO3溶液连续解吸时,离子强度变化对每次解吸前后体系p H变化(Δp H)的影响,为了进一步了解其相关机理,作为对照,也研究了各种条件下,离子强度变化对高岭石Δp H的影响。结果表明,无论是否有吸附性二价阳离子的存在,或者吸附性阳离子属性(专性吸附型离子或电性吸附型离子)如何,当样品依次被去离子水、0.01 mol L-1 Na NO3、0.1 mol L-1 Na NO3以及1 mol L-1 Na NO3解吸时,在去离子水中和Na NO3溶液中的解吸过程对Δp H的影响截然不同。总体而言,如果解吸时体系离子强度趋于降低,Δp H将为正值,反之则为负值,且Δp H变幅开始增大时的起始点所对应的p H吸附基本相同,该起始点应该与高岭石ZPC(电荷零点)紧密相关。对上述结果的分析表明,解吸过程中,引起上述Δp H变化规律的根本原因之一是连续解吸过程中的离子强度变化导致的可变电荷表面的表面电位变化。     

离子强度对铁质砖红壤铜离子连续解吸的影响

研究了昆明铁质砖红壤中水吸附性铜离子依次在包括去离子水在内的浓度从低到高的Na NO3溶液中连续解吸时,电解质浓度和有机质去除对不同p H段铜离子解吸率的影响。结果表明,当铁质砖红壤中水吸附性铜离子依次在去离子水、0.01 mol L-1Na NO3、0.1 mol L-1Na NO3及1 mol L-1Na NO3中连续解吸时,去离子水和Na NO3溶液对铁质砖红壤p H-铜离子解吸率曲线形状影响截然不同。在去离子水中解吸时,解吸率曲线表现为单调下降,当解吸平衡液p H达到5.3左右时,铜离子解吸率降至基本为零,且解吸次数不影响这一规律;在Na NO3溶液中解吸时,除1 mol L-1者外,对于0.01 mol L-1和0.1 mol L-1者,铜离子解吸率曲线均在p H4.4~4.6之间出现解吸峰。部分去除有机质对解吸率的整体变化趋势并无根本影响。研究结果表明,土壤中吸附性铜离子可在去离子水中解吸的原因与双电层重叠以及离子强度降低导致土壤表面对铜离子解吸势增加有关,而解吸峰产生的可能原因与在不同p H段,体系p H对铁质砖红壤中吸持铜离子的羟基化比例和表面电荷性质的综合影响有关。     

恒电荷土壤与可变电荷土壤K+的吸附特性

对我国 3种典型可变电荷土壤和 4种恒电荷土壤在不同 K 浓度和 p H下 K 的吸附特性进行了研究。结果表明 ,两类土壤 K 吸附量均随平衡 K 浓度增加而增加 ,在低浓度 (添加K 0 .1～ 1.0 mmol/ L )时两者符合线性 ,在高浓度 (添加 K 0 .5～ 5 .0 mmol/ L )下两者符合Langmuir方程。L angmuir方程的参数 K两类土壤间差异不大 ,但以可变电荷土壤 >恒电荷土壤 ,说明前类土壤 K吸附结合能较大 ,吸附 K 不易解吸 ,K 有效性较低。p H降低使土壤 K 吸附量减少 ,但恒电荷土壤与可变电荷土壤减少的机理不同 ,前者主要是由于 H 与 K 的竟争吸附 ,而后者主要是由于表面负电荷减少而引起的电性引力的改变。     

硫酸根离子添加顺序对可变电荷土壤吸附铜离子的影响

研究了SO2-4添加顺序对三种可变电荷土壤(昆明铁质砖红壤、徐闻砖红壤和江西红壤)吸附Cu2+的影响,作为对照,也研究了其对恒电荷土壤(黄棕壤、棕壤)以及两种不同矿物(高岭石与针铁矿)吸附铜离子的影响。实验结果表明,在同等条件下,SO2-4添加顺序对两类表面性质不同的土壤吸附Cu2+有着不同的影响。对于恒电荷土壤,SO2-4添加顺序对土壤吸附Cu2+几乎没有影响。同等pH条件下,对可变电荷表面而言,加入CuSO4者具有最高的Cu2+吸附率;对昆明砖红壤、徐闻砖红壤以及针铁矿和高岭石而言,先加入Cu2+者相对先加入SO2-4者Cu2+吸附率更高;对江西红壤而言,上述这个次序则刚好相反。SO2-4浓度和有机质去除对同等pH条件下铜离子吸附率高低的排序并无实质性影响。     

邻苯二甲酸和水杨酸在可变电荷土壤中的吸附行为

研究了2种低分子量有机酸邻苯二甲酸和水杨酸在2种代表性可变电荷土壤红壤和砖红壤中的吸附行为。结果表明,可变电荷土壤对有机酸的吸附容量较大,对邻苯二甲酸的吸附亲和力大于对水杨酸的亲和力,在砖红壤中2种有机酸的吸附量大于在红壤中的,这与土壤的游离铁、铝氧化物的含量一致。土壤氧化铁在有机酸吸附中起着重要作用,粘土矿物如高岭石对有机酸的吸附量很小。有机酸的吸附涉及专性吸附和静电吸附2种机制,并以前者为主。当pH小于4.5时,pH的改变对有机酸的吸附影响不大;当pH大于4.5时,有机酸的吸附量随pH的增加而减小。     

Effect of Low Molecular Weight Organic Anions on Adsorption of Aluminum by Variable Charge Soils

To examine the effect of organic anions on adsorption of Al by variable charge soils at different pH values, the adsorption by three soils in the presence of three low-molecular-weight aliphatic carboxylic acids was investigated. The results showed that the effect depended on pH, the type of organic anions and their concentration. The presence of citrate and oxalate led to an increase in the adsorption of Al at low pH and low concentration of organic anions, with citrate showing a stronger effect than oxalate. For example, the maximum increments of Al adsorption in the presence of citrate were 131.9, 104.8 and 32.9% in the Hyper-Rhodic Ferralsol, the Rhodic Ferralsol and the Ferric Acrisol, respectively, whereas in the presence of oxalate it was 36.1% in the Rhodic Ferralsol. At high pH or high concentration of organic anions, they showed an inhibiting effect on the adsorption of Al. For example, citrate caused the increase in Al adsorption by 164.0, 131.0 and 61.0% at pH3.85 and the decrease in Al adsorption by 15.2, 19.5 and 45.6% at pH 4.8 for the Hyper-Rhodic Ferralsol, the Rhodic Ferralsol and the Ferric Acrisol, respectively. In the citrate and oxalate systems, the adsorption of Al increased with the increase in the concentration of organic anions, reaching a maximum values at about 0.4 mmol L^?1, and then decreased. When the concentration of organic anions was higher than about 1.0 mmol L^?1, both citrate and oxalate inhibited the adsorption of Al. The ability of organic anions in increasing the adsorption at low pH and decreasing the adsorption at high pH followed the same order: citrate > oxalate > acetate. The increase of Al adsorption at low pH is caused by the increase in soil negative surface charge as a result of the adsorption of organic anions by variable charge soils, while the decrease of Al adsorption at high pH and high concentration of organic anions is related to the competition of organic ligands for aluminum ions with soil surface. After the removal of free iron oxides from the soil, Al adsorption decreased in the presence of citrate, the anion species most strongly adsorbed by variable charge soils and complexed with aluminum ions. For example, for the Rhodic Ferralsol and the Ferric Acrisol, the removal of free iron oxides caused a decrease in the adsorption of Al in the presence of citrate at pH4.4 by 26.2 and 21.9%, respectively.