可变电荷土壤对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附及二者的竞争作用

三种可变电荷土壤对砷的吸附实验结果表明,在pH3~7范围内,As(Ⅲ)的吸附量随pH的升高而增加,三种土壤对As(Ⅲ)吸附能力的大小顺序为砖红壤>黄壤>红壤。红壤和砖红壤对As(Ⅴ)的吸附量随pH的升高而降低,黄壤中呈相反的变化趋势,三种土壤对As(Ⅴ)吸附能力的大小顺序是黄壤>砖红壤>红壤。三种可变电荷土壤对As(Ⅴ)的吸附能力较对As(Ⅲ)大得多,砷的吸附量既与土壤游离氧化铁的含量有关,又与氧化铁的结晶形态密切联系,由于黄壤中水化氧化铁在游离铁中所占比例较高,其对As(Ⅴ)吸附能力较砖红壤和红壤大。As(Ⅲ)与As(Ⅴ)共存体系的研究结果表明,两种形态的砷可以竞争可变电荷土壤表面的吸附位,但在酸性条件下As(Ⅴ)较As(Ⅲ)有更强的竞争能力,因为As(Ⅴ)使土壤对As(Ⅲ)的吸附量显著减小,而As(Ⅲ)对红壤和砖红壤吸附As(Ⅴ)有一定的影响,对黄壤中As(Ⅴ)的吸附几乎没有影响。     

不同类型土壤对汞和砷的吸附解吸特征研究

为了探明不同类型土壤对重金属汞和砷吸附、解吸的影响,以性质差异显著的红壤、黑土和潮土为供试土壤,采用批量平衡法,研究了Hg(Ⅱ)和As(Ⅴ)在不同土壤中的吸附-解吸行为。结果表明:(1)Freundlich方程和Langmuir方程均能较好地拟合这3种土壤对Hg(Ⅱ)和As(Ⅴ)的吸附,其中Hg(Ⅱ)的最大吸附量分别为451.33、1699.46和1635.21mg/kg,大小顺序为黑土>潮土>红壤,相关系数(R2)在0.8533～0.9911之间;As(Ⅴ)的最大吸附量分别为818.44、561.87和112.77mg/kg,大小顺序为:红壤>黑土>潮土,相关系数(R2)在0.9223～0.9949之间;而线性方程则不能较好地拟合这3种土壤对Hg(Ⅱ)和As(Ⅴ)的等温吸附。(2)Hg(Ⅱ)和As(Ⅴ)的解吸量随Hg(Ⅱ)和As(Ⅴ)吸附量的增加而增加,两者之间呈显著或极显著的线性正相关,Hg(Ⅱ)的相关系数(R2)分别为0.8668**、0.8971**、0.9969**,As(Ⅴ)的相关系数(R2)分别为0.9987**、0.9964**、0.9858**。研究结果对于探明土壤中汞和砷的环境行为具有重要意义。     

应用穆斯堡尔谱和X射线法研究红壤性水稻土的氧化铁矿物

应用穆斯堡尔谱和X射线法分析研究红壤性水稻土的氧化铁矿物,研究结果表明,红壤性水稻土的氧化铁矿物组成、特性及其形成转化与起源土壤具有明显的差异。水稻土的成土条件不利于赤铁矿的形成。红壤的粘粒氧化铁矿物以赤铁矿和高铝替代(>20摩尔%)的针铁矿为主。经淹水种稻后,赤铁矿逐渐被转化为低铝替代的针铁矿或其它形态氧化铁。渗育型水稻土P层的赤铁矿含量比相应的母土低,其针铁矿铝替代量较其它水型的水稻土高。而潴育型水稻土W层和潜育型水稻土G层粘粒氧化铁矿物均以针铁矿为主,其铝同晶替代量低(<15摩尔%),且颗粒细小,结晶度较低。这些结果反映了水稻土的成土条件和发生特点,同时对水稻土发生分类具有重要的意义。     

邻苯二胺对铜在红壤和砂姜黑土中吸附和解吸的影响

研究了铜在红壤和砂姜黑土中的吸附和解吸过程以及有机污染物邻苯二胺对铜在两种土壤中吸附和解吸行为的影响。结果表明 ,砂姜黑土较红壤对铜具有更高的吸附量 ,同时 ,被吸附的铜离子从土壤中的脱附百分数也是砂姜黑土大于红壤 ,吸附在砂姜黑土中的铜较红壤更易被 1molL- 1 MgCl2 所置换。pH 3 .5～ 7.5范围内 ,土壤对铜的吸附量均随溶液pH的升高而升高 ,呈现S形。邻苯二胺增加了红壤对铜的吸附量 ,同时也增加了铜的脱附百分数。而邻苯二胺虽未改变砂姜黑土对铜的吸附量 ,但却显著改变了铜的脱附百分数。文中对邻苯二胺与铜的交互作用过程及其机理进行了推测     

可变电荷土壤和恒电荷土壤CI^—吸附特性的研究

对不同浓度KCI和不同pH下，3种可变电荷土壤和4种恒电荷土壤CI^-吸附量进行了测定。结果表明，土壤CI^-吸附量随平衡CI^-浓度C（e）增加而增大，恒电荷土壤呈线性，可变电荷土壤在添加CI^-0.5-5.0mmol/L下，符合Langmuir吸附等温式。同一浓度下的CI^-吸附量及其随浓度增加的速率均为砖红壤＞红壤＞赤红壤＞黄棕壤＞棕壤、暗棕壤和黑土，与这些土壤所带正电荷量顺序相一致。Langmuir方程K值较小且几种土壤差异不大。恒电荷土壤对CI^-的吸附量很小，在浓度较低时常出现负吸附，其吸附机理可能更多的是与K^ 吸附时的同时吸附。7种土壤CI^-吸附量均随pH增加而降低，但降低强度可变电荷土壤远大于恒电荷土壤。     

两种土壤中邻苯二胺对铜离子吸附—解吸平衡影响的研究

采用室内测试方法，研究了低浓度的外源铜离子在两种不同性质土壤中的吸附、解吸过程及其受邻苯二胺的影响。结果发现，外源铜离子在红壤中的吸附随pH的变化明显变化，而在黑土中的吸附则随pH变化改变较小，吸附在红壤中的铜较吸附在黑土中的铜更易于解吸，有机物邻苯二胺对铜在两种土壤中的吸附和解吸过程产生了明显影响。酸性条件下邻苯二胺的存在增加了红壤对铜的吸附量，但同时也增加了铜的解吸百分数。而邻苯二胺基本不改变铜在黑土中的表观吸附量，但显著影响铜的解吸百分数。     

As(Ⅲ)在可变电荷土壤中的吸附与氧化的初步研究

用一次平衡法研究了两种可变电荷土壤与As(Ⅲ)之间的吸附和氧化还原反应。结果表明,当As(Ⅲ)溶液平衡浓度由0·25上升到1·0mmolL-1,砖红壤对砷的吸附量由15·0增加至25·9mmolkg-1,红壤由7·6增至13·0mmolkg-1,砖红壤对砷的吸附量约为红壤的2倍,这是因为前者铁、铝氧化物的含量高于后者。在pH3~7范围内,土壤对As(Ⅲ)的吸附量随pH的增加而增加。砖红壤中的氧化锰能将As(Ⅲ)氧化为As(V),砷的氧化量在pH3~7范围内随体系pH的增加而减小。砷在红壤中的氧化反应不显著。用1·0molL-1的KNO3对吸附性砷进行解吸的结果表明,砷的解吸率在35%以下,说明大部分砷通过形成内圈型表面络合物为土壤所吸附。在pH2~7范围内,砷的解吸率随吸附体系pH的升高而增加,说明较高pH下外圈型表面络合物的比例增加。     

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。     

溶解性有机物对土壤中铜生物有效性的影响

采用盆栽试验,研究了模拟铜污染土壤中溶解性有机物（DOM）对红壤、褐土和黑土3种不同类型土壤中小油菜（Brassia campestris）的生长及对Cu生物有效性的影响。结果表明,随着DOM的加入,黑土和红壤中小油菜的出苗率均有所下降,尤其是当DOM添加量大于100mgC·kg^-1时,红壤中小油菜出苗率显著降低（P〈0.05）,而对褐土的出苗率影响不大;供试3种土壤中小油菜生物量均呈先上升后下降的趋势,其在DOM添加量为50mgC·kg^-1时生物量达到最大,但比较而言,3种土壤中小油菜生物量由大至小的顺序为：黑土〉褐土〉红壤;随着土壤中添加DOM浓度的升高,小油菜植株体内铜浓度大致呈现不断增加的趋势,且3种土壤中植株体内的铜浓度均在DOM添加量为200mgC·kg^-1时达最高值,与对照处理及添加量为50mgC·kg^-1处理间差异显著（P〈0.05）;土壤中有效态Cu含量则随DOM量的增加呈不断升高趋势,3种供试土壤有效态Cu含量以红壤最高,当DOM添加量为0-100mgC·kg^-1时,褐土中有效态铜含量高于黑土;而当DOM添加量为150-200mgC·kg^-1时,黑土中的有效态铜含量却高于褐土。这表明随着外源性DOM进入土壤,可导致土壤中Cu的生物有效性不断发生变化,从而直接影响作物的生长以及作物对Cu的吸收。     

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。     

水铁矿对磷的吸附及胶体态磷迁移能力预测

土壤中流失的磷进入水体容易引起富营养化污染。目前对于铁矿物胶体结合态磷在土壤孔隙介质中的稳定性和迁移能力的认识还存在不足。本研究采用吸附试验,考察水铁矿对磷的吸附特征以及pH、离子强度和胡敏酸对磷在液相、水铁矿胶体和水铁矿固体上分布的影响;通过DLVO理论,预测水铁矿胶体结合态磷的稳定性和迁移能力。结果表明,假二级动力学模型(R~2=0.964)更适合用于描述磷在水铁矿上的吸附过程,磷在水铁矿上的吸附受液膜扩散、内部扩散和化学吸附等过程控制。Freundlich模型(R2=0.970)对等温吸附的拟合效果好,说明水铁矿对磷的吸附为多层吸附过程。从Langmuir模型参数可知,水铁矿对磷的最大理论吸附量为22.55mg·g~(-1)。水铁矿对磷的吸附能力随pH的升高而降低,随离子强度的升高而升高。然而,低离子强度和高pH有利于反应体系中水铁矿胶体的释放。无论胡敏酸是否存在,在碱性且离子强度不高(1～10mmol·L~(-1))的条件下,有约5%～20%的磷会与水铁矿胶体结合,且这些磷-水铁矿胶体之间的静电斥力较大。根据DLVO理论计算可知,这些带负电荷的胶体之间稳定性较好,在土壤中有一定迁移能力。在实际农业活动中,磷肥的过量施用可能会使大量的磷酸根离子吸附在铁矿物上,促进土壤孔隙水中形成稳定的、带负电的铁矿物胶体,这种磷-铁矿物复合胶体的迁移很可能成为磷迁移的另一种形式。本研究结果可为胶体促进下磷淋失风险评估提供理论和数据支撑。     

应用XAFS研究草酸根和胡敏酸对As(V)在红壤中吸附的影响

结合吸附实验和X光吸收精细结构光谱(XAFS)分析,研究了草酸根和胡敏酸对As(V)在红壤中吸附的影响,分析了As(V)在红壤中的化学形态和微观结构以及草酸根、胡敏酸的影响特征。结果表明,当pH6.0时,红壤主要是通过基团交换反应吸附As(V),草酸根和胡敏酸可以通过竞争吸附位点抑制红壤中As(V)的吸附,其抑制作用随浓度增大而增强。XAFS光谱学数据表明,红壤中吸附的砷以+5价态存在,主要与铁铝矿物形成以约0.317 nm As-Al和0.328 nm As-Fe原子间距为特征的双齿双核结构的内层复合物,复合物结构类型不受砷浓度和草酸根、胡敏酸的影响。     

三种铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附研究

采用批量吸附试验,研究实验室制备的水铁矿、磁铁矿和纤铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附性能。结果表明,在p H中性条件下,结晶差的水铁矿吸附砷的能力明显优于结晶较好的磁铁矿和纤铁矿,准二级动力学方程拟合效果较好,说明存在多种吸附过程,并可能涉及专性吸附作用;在酸性条件下,三种铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力大小顺序均为水铁矿磁铁矿纤铁矿,铁氧化物吸附As(Ⅴ)的能力优于As(Ⅲ),Langmiur方程和Freundlich方程拟合效果均较好,说明铁氧化物对砷的吸附为均匀介质表面的单层吸附或非均匀介质表面的多层吸附;在弱酸至弱碱范围内,三种铁氧化物对As(Ⅲ)的吸附效果均较好且吸附量变化不大,强酸和强碱条件都会引起铁氧化物吸附As(Ⅲ)量的降低,三种铁氧化物对As(Ⅴ)的吸附均随着p H升高而逐渐减少;由于竞争吸附作用,磷酸盐浓度的增加使三种铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附显著减少;随着腐殖酸浓度的增加,三种铁氧化物对As(Ⅲ)的吸附能力逐渐减小,低浓度的腐殖酸微弱地促进铁氧化物对As(Ⅴ)的吸附,高浓度的腐殖酸抑制As(Ⅴ)的吸附。     

几种土壤及黏土矿物对多氯联苯吸附特性的研究

采用批量平衡试验,研究了不同土壤及长黏土矿物对多氯联苯吸附特性。结果表明:多氯联苯浓度范围为0.25~5.0mg L-1时,不同土壤及黏土矿物对多氯联苯的吸附均能用Freundlich方程很好地拟合,随着溶液中多氯联苯浓度的增加,土壤及黏土矿物对多氯联苯的吸附量增加;几种土壤对多氯联苯吸附量大小顺序为:红壤>黄褐土>砂姜黑土,土壤有机质、粘粒等对多氯联苯吸附起主要作用,土壤更易吸附高氯代PCB77;黏土矿物对多氯联苯吸附量大小顺序为:纳米蒙脱石>纳米SiO2>凹凸棒石,黏土矿物吸附多氯联苯能力的大小与黏土矿物的比表面积、粒径、层状结构等有关;多氯联苯本身分子的大小影响其在黏土矿物上的吸附;土壤中添加黏土矿物可以提高对多氯联苯的吸附。     

三种铁氧化物的磷吸附解吸特性以及与磷吸附饱和度的关系

采用三种人工合成铁氧化物(针铁矿、赤铁矿和水铁矿)比较了结晶态和无定形铁氧化物对磷的吸附—解吸特性以及与磷吸附饱和度的关系。结果表明,三种铁氧化物的磷吸附特性均可用Langumir方程来描述,相关系数均大于0.9,达到极显著水平。从磷最大吸附量(Qm)、吸附反应常数(K)和最大缓冲容量(MBC)三项吸附参数综合考虑,水铁矿(无定形)对磷的吸附无论在容量还是强度方面均比结晶态铁氧化物针铁矿和赤铁矿大得多。水铁矿吸附的磷比针铁矿和赤铁矿所吸附的磷更难解吸;水铁矿的大量活性表面并没有表现出增加磷释放的作用。磷吸附饱和度有望作为评价土壤或铁氧化物磷吸附—解吸的强度和容量因子的一个综合指标。     

Sb(V)在三种矿物表面的吸附行为

用研究了蒙脱土、高岭土和针铁矿在不同的pH与离子强度的介质条件下对Sb(V)的吸附及解吸行为。3种矿物对Sb(V)的吸附能力差别较大,蒙脱土的吸附量远大于针铁矿和高岭土,针铁矿与高岭土的吸附能力相近。pH对Sb(V)在3种矿物表面的吸附行为影响显著。随pH的升高,Sb(V)的吸附均减弱。吸附在高岭土表面的Sb(V)易解吸,而针铁矿和蒙脱土表面的Sb(V)不易解吸。随离子强度升高,高岭土对Sb(V)的吸附减弱;离子强度对Sb(V)在针铁矿和蒙脱土表面吸附的影响较小。     

铁铝氧化物–层状硅酸盐矿物互作对Cr (Ⅵ)和As (Ⅴ)吸附的影响

以高岭石、蒙脱土、针铁矿和三水铝石四种单一典型土壤矿物以及针铁矿-蒙脱石和三水铝石-蒙脱石（质量比为1:1）两种代表性土壤矿物复合体为吸附材料，采用吸附平衡实验、能谱分析（(EDS）、红外光谱、扫描电镜、酸碱滴定和zeta电位测定等方法，研究了铁铝氧化物与层状硅酸盐矿物之间的相互作用对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)吸附的影响及其机制。吸附平衡实验和EDS实验结果表明，两种复合体对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附容量均小于其两种组成矿物单一体系吸附量的平均值，即铁铝氧化物与蒙脱石的互作降低了这些氧化物对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附能力。表面性质表征结果表明，与蒙脱石复合后，针铁矿与三水铝石表面的正电荷均被完全中和，电荷符号发生反转。与理论值相比，三水铝石-蒙脱石复合体的表面位点总浓度无明显变化，比表面积减小。针铁矿-蒙脱石复合体的比表面积与理论值无明显差异，但矿物表面位点浓度减小，表面羟基红外吸收峰强度减弱。氧化物与层状硅酸盐矿物互作改变了矿物表面性质，这可能是导致氧化物对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附能力降低的主要原因。当评估污染元素在土壤中有效性时应当考虑土壤固相组分间的互作对离子吸附的影响。     

不同土壤对钾的选择吸附特性

用K Ca交换平衡法对砖红壤、红壤、土、黑土和水稻土K的选择吸附特性研究结果表明 :KG 和KV 系数随着K Ca平衡体系中吸附相中钾与钙比率的变化而改变 ,其曲线特征说明土壤胶体存在着对K亲和力不同的吸附点位。在低钾饱和度时 ,土壤对K的高选择吸附主要归于粘粒矿物楔形区域电荷点位吸附 ,五种土壤楔形区域相对吸附点位顺序为 :黑土 >土 >水稻土 >红壤 >砖红壤 ,该相对吸附点位顺序与土壤含有风化云母和蛭石有关。在高钾饱和度时 ,五种土壤对K的吸附主要发生于粘粒矿物的晶层表面电荷点位 ,粘粒矿物的晶层表面电荷起源也许起决定作用 ,此时KG 选择系数的大小顺序为 :砖红壤 >红壤 >黑土 >土 >水稻土     

中南地区几种地带性土壤中的氧化铁类型与钼吸附特性

应用Ｘ射线衍射和化学分析等手段研究了中南地区几种地带性土壤中的氧化铁类型与钼吸附的关系，结果表明：供试土壤粘粒的氧化铁以晶质氧化铁为主，非晶质氧化铁含量低，砖红壤和赤红壤中的晶质氧化铁全为针铁矿；针铁矿的平均晶粒大小一般比赤铁矿的小，而比表面积却比赤铁矿的大；针铁矿型氧化铁全为针铁矿；针铁矿的平均晶粒大小一般比赤铁矿的小，而经表面积却比赤铁矿的大；针铁矿型氧化铁的钼吸附量比针－赤混合型氧化铁的高，     

土壤和粘粒矿物对亚硒酸盐的吸附和解吸

本文研究了三种土壤(砖红壤、红壤和黄棕壤)、高岭土和两种合成氧化铁(无定形氧化铁和针铁矿)对亚硒酸盐的吸附和解吸作用。讨论了亚硒酸盐的吸附特征,以及土壤中氧化铁对亚硒酸盐吸附和解吸的影响,根据实验资料与吸附等温方程式的拟合情况,作者认为以Freundlich和Langmuir公式为宜。此外,供试样品对亚硒酸盐的吸附和解吸结果表明,Se的吸附量随Se的添加量的增加而增加,但由于矿物组成各异,吸附量的差异显著。其吸附量的大小顺序为:无定形氧化铁>针铁矿>砖红壤>红壤>黄棕壤>高岭土;而被吸附Se的解吸能力则是高岭土>黄棕壤>红壤>砖红壤>针铁矿>无定形氧化铁。实验结果还表明,在各种矿物组成中,亚硒酸盐的吸附和解吸受氧化铁的影响很明显,三个土壤样品的吸附等温线都表现出氧化铁在初始阶段对亚硒酸盐吸附快而强烈的特征,而在去除氧化铁以后,这一特征也随之消失,硒的吸附量显著降低,而解吸率则明显上升。