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。     

水钠锰矿(Birnessite)对Mn2+持留机理的研究

本试验研究了一种合成水钠锰矿对Mn2+的持留机理和Mn2+被吸附后的去向,并进一步探讨了三种锰盐溶液(MnSO4,MN(NO3)2和MnCl2)对水钠锰矿晶体结构变化的影响。.试验结果表明,水钠锰矿对MN2+离子的吸附包括专性吸附和非专性吸附。随着吸附后的老化过程,吸附在矿物表面的锰逐渐扩散到晶格内,其置换性随之降低。.在MnSO4,Mn(NO3)2和MnCl2溶液中,水钠锰矿最终转化成六方锰矿(Nsutite),一种比水钠锰矿更稳定,结晶更好的晶体。MnSO4溶液在加入水钠锰矿后pH值比其它两种溶液高,除生成六方锰矿外还形成大量拉锰矿(Ramsdellite)。随着生成新矿物的老化,最初被吸附的Mn被固定在晶格内而失去其置换性和生物有效性。     

胡敏酸吸附解吸Fe3+反应特征研究

采用C-25葡聚糖凝胶层析方法研究了在不同酸度、离子强度、温度条件下胡敏酸（HA）吸附解吸Fe3^＋特征.结果表明,在相同离子强度、反应温度条件下,随着pH的升高,HA对Fe（Ⅲ）最大吸附量Smax和吸附平衡常数k增加,标准摩尔自由能变△Gom绝对值减小.相同pH和温度下,离子强度从0.00到0.10mol L^-1,HA对Fe（Ⅲ）最大吸附量Smax和吸附亲和力常数k增加,自由能变△G^o m绝对值减小,但离子强度从0.10 mol L^-1继续上升到0.15 mol L^-1,则上述特征常数变化刚好相反.温度升高,胡敏酸吸附Fe3^＋的最大吸附量、吸附平衡常数k、自由能变△G^o m绝对值均较大幅度降低,表明升高温度对吸附反应不利.吸附反应的焓变△H^o m和熵变△S^o m均小于零,为放热反应,反应向更有序状态进行;在相同条件下,pH越大,焓变△H^o m和熵变△rS^θ m绝对值越大,表明pH越大,越有利于吸附反应的进行.随着pH的升高,Fe3^＋被还原的百分率η减小,用幂函数方程拟合,相关系数达到显著水平.随着pH的降低,胡敏酸铁Fe3^＋解吸率增大;对解吸率曲线进行拟合,线形方程具有显著的相关系数.胡敏酸吸附Fe3^＋的反应为包括胡敏酸内部和外部结合的“两相”反应.     

几种土壤铁锰结核对Cr(Ⅲ)的氧化特性Ⅱ.pH、离子强度、温度等因素的影响

以我国几种土壤中铁锰结核为材料 ,研究了不同pH、离子强度和温度条件下氧化锰矿物对Cr(Ⅲ )的氧化。结果表明 :随着体系pH的降低、离子强度的增加以及温度的升高 ,供试铁锰结核对Cr(Ⅲ )的氧化量增加 ,这除了与其氧化还原反应本身消耗H 有关外 ,还与氧化锰矿物表面电荷性质和电位变化、共存的氧化铁矿物有关。而上述因素的变化导致N2 1、N4 1号样氧化Cr(Ⅲ )的增幅比N5 1号样的大 ,则可能与氧化锰矿物的结晶程度、晶体构造和铁锰结核中Mn(Ⅳ )的含量等有关     

pH、离子强度和介电常数对低分子量有机酸在红壤中吸附行为的影响

通过一次平衡法考察了pH、离子强度和溶剂介电常数对红壤吸附低分子量有机酸的影响。研究结果表明,随着溶液pH值的升高有机酸的吸附量降低,其中草酸和酒石酸的吸附量在pH 3.5 ~ 5.0范围内随着pH值的升高而急剧下降,之后缓慢下降（pH 5.0 ~ 7.0）。柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附量在1 ~ 2 mmol/L初始浓度范围内随着离子强度的增加没有明显变化,但在2 ~ 20 mmol/L初始浓度范围内却随着离子强度的增加而增加。红壤对草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附量均随着溶剂介电常数的减小而增加。当溶剂中含6% 的乙醇时,草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附量分别是对照（不含乙醇）的1.05、1.05、1.11和1.31倍。     

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450℃和600℃下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明:对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr(Ⅵ)的吸附性能大小顺序为:玉米秸秆生物炭300℃生物炭450℃生物炭600℃;当溶液初始pH=1时,对Cr(Ⅵ)的吸附性能大小顺序为:生物炭300℃玉米秸秆生物炭450℃生物炭600℃,且生物炭300℃对Cr(Ⅵ)的最大吸附量约为141.24 mg·g~(-1)。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附。     

水钠锰矿(Birnessite)对Mn2+持留机理的研究

本试验研究了一种合成水钠锰矿对Mn²⁺的持留机理和Mn²⁺被吸附后的去向,并进一步探讨了三种锰盐溶液(MnSO₄,MN(NO₃)₂和MnCl₂)对水钠锰矿晶体结构变化的影响。.试验结果表明,水钠锰矿对MN²⁺离子的吸附包括专性吸附和非专性吸附。随着吸附后的老化过程,吸附在矿物表面的锰逐渐扩散到晶格内,其置换性随之降低。.在MnSO₄,Mn(NO₃)₂和MnCl₂溶液中,水钠锰矿最终转化成六方锰矿(Nsutite),一种比水钠锰矿更稳定,结晶更好的晶体。MnSO₄溶液在加入水钠锰矿后pH值比其它两种溶液高,除生成六方锰矿外还形成大量拉锰矿(Ramsdellite)。随着生成新矿物的老化,最初被吸附的Mn被固定在晶格内而失去其置换性和生物有效性。     

成型马尾松针对含铬废水中Cr（Ⅵ）的去除

以废弃的马尾松针为原材料,制备了易回收的成型马尾松针,并用于含铬(Cr)废水的吸附。通过磷酸与羧甲基纤维素钠反应将废弃马尾松针成型化,以重铬酸钾溶液作为模拟含铬废水,研究吸附剂投加量、pH、初始浓度等对成型马尾松针吸附Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:成型马尾松针对水中Cr(Ⅵ)具有良好的去除效果,质量浓度为10 mg·L~(-1)的Cr(Ⅵ)溶液,吸附剂投加量为10.0 g·L~(-1)时,Cr(Ⅵ)去除率达到99%;成型马尾松针对Cr(Ⅵ)的吸附是一个先快速吸附、后缓慢达到平衡的过程,对于10 mg·L~(-1)的Cr(Ⅵ)溶液,最终吸附平衡时间为6 h。马尾松针对Cr(Ⅵ)的去除率随着pH的升高而降低,在pH 1～4时,去除率超过90%;成型马尾松针对Cr(Ⅵ)的吸附符合Freundlich模型,吸附过程可以由准一级动力学模型描述;成型马尾松针去除Cr(Ⅵ)的主要机制是静电吸附、氧化还原和络合作用。研究表明,成型马尾松针在去除Cr(Ⅵ)方面具有良好的潜力,可实现废弃生物质资源的循环利用和废水中有毒重金属去除的双重目标。     

Pb2+在不同锰氧化度水钠锰矿表面配位形态的EXAFS研究

采用X-射线吸收精细结构光谱(XAFS)研究了Pb2+在不同锰氧化度的水钠锰矿表面的吸附形态,通过比较其吸附形态的差异,进一步探讨Pb2+在水钠锰矿表面的吸附机理。结果表明,锰氧化度高的水钠锰矿对Pb2+的吸附容量较大。Pb2+邻近存在一个Pb-O配位壳层和两个Pb-Mn配位壳层,对于相同锰氧化度的水钠锰矿,当Pb2+吸附量低时(600 mmol kg-1),Pb-O配位壳层中的氧原子与Pb2+的配位数为3.1,与Pb2+的距离为0.227 nm,两个Pb-Mn配位壳层的锰原子与Pb2+的配位数分别为2.8、6.1,与Pb2+的距离分别为0.357、0.377 nm;当Pb2+的吸附量增大时(2 344 mmol kg-1),其配位环境发生畸变,拟合得到的Pb-O配位壳层中的氧原子与Pb2+的配位数减少为1.2,与Pb2+的距离为0.226 nm;两个Pb-Mn配位壳层的锰原子与Pb2+的配位数分别减少为1.0、2.8,与Pb2+的间距分别为0.356、0.375 nm。Pb2+在不同锰氧化度水钠锰矿表面的吸附形态基本相同,皆存在三种吸附形态,一是与八面体空位形成三齿共角配合物,二是与水钠锰矿层结构u轴方向层边面形成单齿共角配合物,三是与结构a或b轴方向层边面形成双齿共角配合物。     

几种土壤中铁锰结核的重金属离子吸附与锰矿物类型

土壤与水体中的锰氧化物对某些重金属离子有强烈的富集作用 ,本研究表明我国几种土壤铁锰结核中锰氧化物的重金属离子 (Pb、Cu、Zn、Co、Ni和Cd)吸附量占结核吸附这些离子总量的 60 %～ 1 0 0 %。结核中所含锰矿物类型不同 ,对重金属离子吸附的能力不一样。山东砂姜黑土中含钙锰矿和锂硬锰矿 ,其锰氧化物的重金属离子吸附量最高 ;其次是湖北黄棕壤和黄褐土中铁锰结核的锰氧化物 ,它们为锂硬锰矿与水钠锰矿组合 ;吸附量最低的是湖南红壤中铁锰结核的锰氧化物 ,它们仅为锂硬锰矿。上述几种锰矿物构造上的差异和结晶程度不同是导致不同土壤铁锰结核中锰氧化物吸附重金属离子量不一样的重要原因。Co2 在吸附过程中被氧化及试样中氧化锰含量和Mn(Ⅳ )百分率不同也是影响其铁锰结核中Co吸附量变化的原因。     

茶多酚和铜对可变电荷土壤钙镁释放的影响

通过批平衡试验,研究茶多酚、铜和体系pH对可变电荷土壤释放钙镁离子的影响。研究发现,铜离子初始浓度为2.0mmol/L,最终体系pH为5.0时,随着茶多酚添加量的增加,可变电荷土壤表面的负电荷增加,土壤表面释放的钙镁离子量减少。茶多酚初始添加量为20 g/kg,最终体系pH为5.0时,随着铜离子初始浓度的升高,可变电荷土壤对铜离子的吸附量增加,铜离子通过与钙镁离子发生离子交换,形成对吸附位点的竞争,从而增加钙镁离子的释放。茶多酚初始添加量为20 g/kg,铜离子浓度为2.0 mmol/L,随着pH的升高,可变电荷土壤钙镁离子释放量下降。在相同pH条件下,茶多酚可以通过自身的吸附增加可变电荷土壤表面负电荷,减少可变电荷土壤钙镁离子的释放量。研究结果可为茶园土壤酸化和污染控制提供参考。     

pH对砷在贵州红壤中的吸附的影响

本文研究了贵州遵义红壤中pH对砷(As)的吸附和形态的影响。结果表明,当溶液中As的浓度增大时,土壤对As的吸附量增大,吸附率逐渐降低,As从红壤的低能位点位逐渐进入到高能位吸附点位,吸附反应速率减慢。Langmuir方程拟合等温吸附效果较好,可决系数达到0.969 (P < 0.001)。体系pH是影响红壤对As吸附、解吸的重要因素,As的吸附量随着体系pH的升高而降低,吸附态As的解吸量随着体系pH的升高而增大。酸性环境(pH = 4 ~ 6.5)有利于As的吸附,碱性环境(pH = 7 ~ 8.5)有利于As的解吸。     

水钠锰矿提高红壤性水稻土N2O释放速率和氨氧化细菌amoA基因丰度

  【目的】  土壤中的氧化亚氮 (N₂O) 来源于硝化与反硝化作用，锰可与硝化或反硝化作用产物反应产生N₂O或氮气，已有研究表明土壤中锰含量高会影响硝化作用。因此，本试验以水钠锰矿 (KMnO₂·H₂O) 与土壤硝化作用与反硝化作用的生物化学耦合反应为切入点，研究水钠锰矿的添加对土壤N₂O释放速率及微生物的影响，进一步认识N₂O释放与土壤环境因子的相互关系。  【方法】  以红壤性水稻土为供试土壤，通过微宇宙培养试验，在土壤中添加不同质量百分比的水钠锰矿 (0%、0.1%、0.3%、0.7%、1.5%)，预培养7 天后，加入硫酸铵N 100 mg/kg继续培养14天。在培养第1、3、7、14天，采用气密性注射器抽取10 mL气体样品，气相色谱仪测定N₂O含量；同时取土壤样品，比色法测定铵态氮与硝态氮含量。培养结束时，测定土壤pH，采用实时荧光定量PCR测定土壤16S rDNA与氨氧化细菌 (AOB) amoA基因拷贝数，高通量测序技术分析微生物群落组成及多样性。  【结果】  水钠锰矿提高了土壤N₂O释放速率，增加了土壤N₂O累积释放量，以添加0.1%水钠锰矿的N₂O累积释放量最高，添加1.5%的最低。土壤铵态氮含量随培养时间的延长而迅速降低，硝态氮含量则迅速增加。水钠锰矿显著提高了土壤pH与表观N₂O产量 (N₂O-N/NO₃?-N)，pH随着水钠锰矿添加量的增加整体提高，N₂O-N/NO₃?-N则随着水钠锰矿添加量的增加呈降低趋势。适量水钠锰矿显著增加了土壤细菌16S rDNA与氨氧化细菌 (AOB) amoA基因拷贝数，并显著提高了土壤16S rDNA与AOB amoA基因拷贝数的比值，但随着水钠锰矿添加量的增加，细菌16S rDNA和AOB amoA基因拷贝数的增加量整体降低；放线菌、变形菌与拟杆菌是所有处理中的优势菌门，通过非度量多维尺度分析发现不同处理间的微生物群落结构差异显著，未添加水钠锰矿处理与添加水钠锰矿1.5%处理的微生物群落结构差异最大，其他处理的微生物群落结构介于两者之间。  【结论】  土壤中添加0.1%质量比的水钠锰矿，可以通过增加AOB的数量促进红壤性水稻土N₂O的释放，显著影响微生物物种丰度与群落结构。但水钠锰矿高添加量处理对AOB的刺激作用减弱，因此，应将土壤锰含量作为影响土壤N₂O释放的因素加以考虑。     

含Ni六方水钠锰矿的表征及其对Pb 2+ (Zn2+)环境行为的影响

六方水钠锰矿是土壤中普遍存在、活性最强的氧化锰矿物。它常常富集各种过渡金属如Ni等,对其地球化学行为具有重要影响。在六方水钠锰矿形成过程中加入Ni2+,Ni以+2价存在于矿物中。进入水钠锰矿结构中的Ni大部分以[NiO6]八面体形式存在于层内;部分Ni存在于八面体空位上下方。含Ni水钠锰矿沿c轴方向堆叠锰氧八面体层数逐渐减小,而a-b板面晶体大小没有明显变化,即层片状晶体逐渐变薄,比表面积显著增大。随着Ni含量的增加,水钠锰矿结构中锰氧八面体空位数减少,而层边面吸附位点数基本保持不变,其对重金属离子(Pb2+/Zn2+)吸附去除能力逐渐降低。本文为明确过渡金属离子(Ni)对土壤中氧化锰矿物的形貌、结构及其性质的影响提供了参考。     

不同pH值条件下重金属Pb~(2+)的吸附解吸研究

采用1次平衡法研究了不同pH值条件下重金属Pb2+的吸附解吸特性。研究结果表明,吸附量随平衡浓度的增加而增大,随pH值的升高而增大。初始浓度为100mgL-1和pH值为7分别为初始浓度和pH值的变化敏感阈值。解吸量随吸附量的增加而增大,解吸量随吸附量变化而变化的幅度随pH值的增大而减小。解吸量随pH值的增大而减小。解析率大小顺序为:pH=3>pH=5>pH=7>pH=9>pH=11。     

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。     

农业废弃物核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附特征研究

以核桃壳粉为吸附剂，通过批试验探讨了体系初始pH值、吸附剂用量、温度等因素对水溶液中Cr（Ⅵ）吸附的影响，并讨论了吸附过程中Cr的化学形态变化和吸附过程的热力学特征。结果表明，核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附最佳pH为1．0。向50mL50mg·L^-1的Cr（Ⅵ）溶液中加入0．5g核桃壳粉，对溶液中Cr（Ⅵ）的去除可达95．39％，吸附过程伴随着氧化还原反应的发生；随着体系温度的升高，核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附量增加，吸附过程符合二级动力学过程，Langmuir模型能较好地反映吸附过程特征。对吸附热力学参数ΔG^0,ΔH°和△S°计算表明，吸附过程是吸热的自发过程，升高温度有利核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附，在301、308和318K条件下的最大吸附量分别为20．54、26．00和29．53g·kg^-1。试验结合FTIR和SEM手段，对核桃壳粉进行了分析，发现核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附是一个包含氧化还原的极其复杂的反应过程，核桃壳粉是具有吸附污水中铬的能力和潜在利用价值的生物质吸附剂。     

蒙脱石载菌的条件优化及其影响因素

以天然硅酸盐蒙脱石为材料,附载了具有生物修复功能的复合益生菌包括光合细菌(Rhodopseudomonas palustris)、芽胞杆菌(Bacillus coagulans)和酵母菌(Saccharomyces cerevisiae),并优化了构建条件.结果表明,当蒙脱石重量为0.5 g时,载菌量达到较恒定的状态,且随着益生菌起始浓度和体积的增大而增加.蒙脱石对益生菌的吸附能力随着pH值的升高而逐渐降低,不同离子强度条件下,呈现相同趋势.不同温度条件下,蒙脱石对益生菌的吸附率呈现出先升高后降低的趋势,当温度为30℃时吸附率最高为89.74%.表明益生菌的吸附不仅依赖于生物体的生物化学属性和表面属性,也受到环境温度等条件的影响.     

酸性条件下粉砂质壤土对Cd~(2+)的吸附解吸特性研究

为了解酸性条件下粉砂质壤土对Cd2+的吸附-解吸机制,采用一次平衡法进行了不同pH值条件下壤土对Cd2+的吸附-解吸实验。结果表明:壤土对Cd2+的吸附量和吸附率均随着pH值升高而增加,不同初始浓度下达到的最大吸附率为0.69~0.95,酸性条件下壤土对Cd2+的等温吸附Freundlich方程拟合效果最好,通过拟合的Langmuir方程计算出壤土对Cd2+的饱和吸附量为2 500 mg/kg。Cd2+的解吸量和解吸前的吸附量呈显著正相关线性关系,解吸率随着pH值升高而减小,pH值从2以等间隔1变化到6,平均解吸率依次为1.11、0.33、0.07、0.06、0.06;表明在酸性污水灌溉条件下污灌壤土中的镉易向下迁移,污染深层土壤和地下水。     

不同pH下两种可变电荷土壤中Cu(II)、Pb(II)和Cd(II)吸附与解吸的比较研究

对两种可变电荷土壤的研宄表明,土壤对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量均随pH的增加而增加,但Cu(Ⅱ)与Pb(Ⅱ)吸附量之间的差值随pH增加而减小,Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)与Cd(Ⅱ)吸附量之间的差值随pH增大呈增大趋势.土壤吸附的Cd(Ⅱ)的解吸量随吸附平衡液pH的增加而增加;但Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的解吸量先随pH增加而增加,在某一pH时达最大,随后再逐渐减小.3种重金属离子在可变电荷土壤中吸附和解吸行为的不同特征是pH导致的土壤表面电荷的变化和离子水解程度的变化共同作用的结果.本文的研究结果对可变电荷土壤中重金属的控制和污染土壤的修复具有一定的指导意义.