不同矿质胶体对镉的吸附动力学及热力学研究

[目的]为探讨镉在不同矿质胶体中的吸附机理,以期为镉的土壤环境行为提供科学依据。[方法]本文采用一次平衡法研究了4种矿质胶体(蒙脱石、高岭石、针铁矿和三水铝石)对镉的吸附动力学与热力学特征,并采用Lagergren一级动力学方程、Lagergren二级动力学方程、颗内扩散模型、Elovich模型对试验数据进行拟合。[结果]4种温度下矿质胶体对镉的吸附分为快反应和慢反应2个阶段,0~30min为快速反应阶段,4种矿质胶体吸附量达到饱和吸附量的90%以上,此后为慢反应阶段。随温度升高,4种矿质胶体对镉的吸附量减少。当温度由10℃升到40℃,蒙脱石、高岭石、针铁矿和三水铝石对镉的吸附量分别减少了:31.6%、58.5%、31.8%、72.4%。4种矿质胶体的吸附动力学均符合Lagergren二级动力学方程,吸附过程以化学吸附为主,且是由2个或多个过程控制。[结论]4种矿质胶体对镉的吸附均为放热反应,反应能自发进行。     

田间条件下不同钝化材料对玉米吸收镉的影响研究

选取4种钝化材料(赤泥、海泡石、钙镁磷肥和磷矿粉)开展田间试验,研究它们对玉米吸收镉与土壤有效态镉的影响。结果表明,除海泡石外,施用其他3种钝化材料均能促进玉米生长,增加玉米叶、茎与籽粒的重量。4种钝化材料都能降低玉米对镉的吸收,其中:高量赤泥(用量1.5%)能明显降低玉米茎、叶片及籽粒中镉的含量,较对照分别降低60.6%、33.6%与49.3%;高量钙镁磷肥(用量900kg·hm-2)明显降低玉米籽粒中镉含量,较对照降低57.4%。4种钝化剂明显降低土壤EDTA提取态镉、DGT提取态镉的含量。其中,高量海泡石处理的EDTA提取态镉含量最低,高量赤泥次之;高量赤泥处理的DGT提取态镉含量最低。本试验结果表明,1.5%用量的赤泥是最佳的功能钝化材料。     

改性粘土矿物对农作物镉吸收的影响

恩施土家族苗族自治州土壤镉元素与硒元素的空间分布具有较大的相关性,为合理开发利用恩施地区富硒土壤资源,降低农作物对土壤中镉的吸收,本文对海泡石和凹凸棒石2种粘土矿物进行改性,并采集恩施富硒高镉区表层耕地土壤开展盆栽试验,研究在添加不同改性粘土矿物情况下,大蒜鳞茎对土壤中镉的吸收情况,并探讨改性粘土矿物对土壤中重金属钝化的机理。结果表明：天然海泡石和凹凸棒石均可作为镉钝化剂对土壤中的镉进行吸附固定,且天然海泡石降镉效果优于凹凸棒石;改性后的粘土矿物均能有效降低大蒜中镉含量的积累;10%浓度胡敏酸溶液有机改性后的海泡石以及5%NaOH溶液碱改性后的凹凸棒石在施用量为400kg·667m^-2时降镉效果最佳,生产出的大蒜镉含量均未超过食品安全国家标准。     

两种矿物源土壤调理剂对大蒜田土壤理化性质的影响

研究了两种不同类型的土壤调理剂对大蒜田土壤理化性质和大蒜产量的影响。结果表明:两种调理剂均能降低土壤容重,提高土壤孔隙度。两种调理剂对速效养分的影响则有所不同:蒙脱石提高了土壤速效氮和钾含量,降低了土壤速效磷含量,麦饭石对土壤速效氮和磷影响不大,对土壤速效钾影响表现为先升高后降低。蒙脱石、麦饭石均能提高土壤有机质,对大蒜产量亦有所提高。综合比较两种土壤调理剂,应用蒙脱石效果较好。     

改性蒙脱石修复镉污染对水稻根际土壤酶活性的影响

为探讨钝化修复重金属Cd污染土壤中改性蒙脱石的使用对水稻根际与非根际土壤Cd活性、酶活性等的影响,采用盆栽试验通过袋式根际箱装置种植水稻,并对土壤施加巯基-蒙脱石复合材料、蒙脱复合调理剂材料及巯基复合材料。结果表明：3种材料以0.5%的量施入后,糙米Cd浓度分别降低43.6%、25.9%和36.0%;Cd有效态浓度在根际土壤中分别降低55.3%、12.0%和35.2%,在非根际土壤中分别降低54.9%、9.76%和35.4%。蒙脱复合调理剂材料能提高土壤中过氧化氢酶、脲酶活性,巯基复合材料能提高土壤中脲酶活性,巯基-蒙脱石复合材料能提高非根际土壤中蔗糖酶活性。施加修复材料后,水稻根际土壤磷酸酶活性显著高于非根际土壤。研究表明,这3种改性蒙脱石钝化材料降低了Cd在根际土壤中的活性,有效地固定了土壤中的Cd,降低了水稻对镉的吸收,同时提高了土壤酶的活性,改善了Cd污染的水稻根际土壤环境质量。     

4种改良剂对油菜生物量及吸收镉、铊浓度的影响

连续盆栽3季油菜,研究海泡石、钙镁磷肥、石灰、腐殖酸对油菜生物量的影响及降低油菜镉、铊浓度的效果。结果表明,海泡石、钙镁磷肥、腐殖酸、石灰的施入提高油菜生物量的效果第2季比第1季、第3季好。4种改良剂对油菜生物量的影响顺序依次为海泡石腐殖酸石灰钙镁磷肥;第2季海泡石降低油菜镉浓度效果最好,第3季以腐殖酸效果最好。降低油菜铊浓度效果,第1季以钙镁磷肥、石灰最佳,第2季以海泡石效果最佳,第3季以腐殖酸效果最佳。虽然4种改良剂抑制土壤镉、铊进入油菜的效果不同,但均有降低油菜中镉、铊浓度的效果。应用时可根据改良剂特点适时施入土壤,充分发挥改良剂吸附、固定镉、铊的作用。     

镉砷污染土壤钝化剂配方优化及效果研究

为筛选出适宜镉砷污染土壤的复合钝化剂,采用D-最优混料设计方法,研究铁改性生物炭、酸改性海泡石和酸改性蛭石钝化土壤Cd和As的最优复配配方。结果表明:经FeCl3改性后的生物炭对As的吸附能力增加,对Cd的吸附能力降低;经酸改性后的海泡石和蛭石对Cd的吸附能力不变,对As的吸附能力增强。铁改性生物炭、酸改性海泡石和酸改性蛭石复配能有效降低土壤有效态Cd和As含量,活性态Cd主要向残渣态转化,活性态As主要向有机结合态和残渣态转化,Cd和As生物有效性降低。采用Design Expert统计软件分析数据,通过建立回归方程及多目标优化分析,获得复配钝化剂的配比为铁改性生物炭26.97%、酸改性海泡石23.49%和酸改性蛭石49.54%,经验证实验,施用优化配方后的土壤有效态Cd和As含量分别为0.97 mg·kg-1和0.26 mg·kg-1,与预测值接近。研究表明,铁改性生物炭、酸改性海泡石和酸改性蛭石复配能有效降低土壤Cd和As的生物有效性。     

海泡石对典型水稻土镉吸附能力的影响

通过吸附解吸实验研究了添加海泡石后典型水稻土对Cd的吸附解吸特性及其对吸附溶液pH值变化的响应.结果表明,Freundlich方程可以较好地拟合红黄泥、黄泥田和红沙泥3种典型水稻土对Cd的等温吸附过程(R2>0.962).在溶液初始Cd浓度相同的情况下,添加海泡石可使3种水稻土对Cd的吸附量增加20%以上,增强土壤对Cd的吸附强度,有效降低吸附Cd的解吸率.其效果随海泡石添加量的增大而增强.3种水稻十吸附Cd的解吸率均高于70%,而且都随吸附量的增加而上升.溶液的pH值是影响土壤吸附Cd的一个重要因素,在低pH值的条件下(pH<4),随着溶液pH值的降低,土壤对Cd的吸附量迅速降低,当溶液pH值高于5时,pH值的变化对吸附量的影响较小.在溶液初始pH值2～8范围内,添加海泡石均能有效提高3种水稻土对Cd的吸附能力.     

黏土矿物与肥料对菜田土壤镉污染的钝化修复作用

研究黏土矿物海泡石、磷肥骨粉以及有机肥腐植酸的单一和复配处理对生菜生长、镉吸收的影响,对比不同钝化处理对菜地土壤镉污染的钝化修复作用。结果表明,除海泡石以外,骨粉、腐殖酸和复配处理均可显著提高生菜地上部生物量;施用钝化剂可明显降低生菜茎叶的镉含量,海泡石与骨粉或腐植酸复配处理的降低效果显著强于钝化材料单一处理,生菜茎叶镉含量最大可降低39.7%,同时低于食品安全标准的限量值;添加海泡石后土壤p H值显著升高,而添加腐植酸后土壤p H显著降低;海泡石及其复配处理显著降低土壤有效态镉含量,最大降幅可达54.12%;土壤有效态镉含量和生菜地上部镉含量有极显著的相关性。总体上来看,海泡石与骨粉复配处理的钝化修复作用最佳。     

紫色水稻土对镉吸附解吸特性的研究

[目的]了解紫色水稻土对镉吸附解吸特性,为紫色水稻土中镉的归趋阐明提供科学依据。[方法]采用一次平衡法进行酸性、中性和石灰性紫色水稻土对镉的吸附解吸试验,用吸附等温方程对试验数据进行拟合,并考察吸附能力和土壤性质的关系。[结果]3种土壤对镉吸附量均随平衡浓度的增加而增加,吸附能力以石灰性土最高,酸性与中性土相近,且吸附等温线均可用Langmuir和Freundli-ch方程很好地拟合。3种土壤镉解吸量和解吸率均随吸附量的增加而增加,其中石灰性土的解吸率最低,而酸性和中性土的解吸率均高于50%。吸附能力与土壤性质有明显关系,其中pH为重要因素,非晶质铁锰氧化物和黏粒等对土壤镉吸附解吸的影响并不明显。[结论]3种土壤中,石灰性土壤对镉的固持和缓冲能力最强,而外源镉进入酸性和中性土壤后的环境风险较高。土壤性质对镉的吸附和固定有重要影响,其中pH为关键因素。     

铁锰氧化矿物添加对土壤镉有效态及生物效应的影响

利用铁锰氧化矿物对土壤中镉的吸附特性,研究了镉污染的土壤中施加铁锰氧化矿物后对土壤中镉的有效态及植物有效性的影响.结果表明:在土壤中添加铁锰氧化矿物后,土壤中镉的有效态含量明显降低;铁锰氧化矿物对土壤中镉的吸附在十天左右达到平衡;在相同的加入量,软锰矿比针铁矿的吸附效果好;利用数量化理论预测法,建立了氧化矿物加入量和土壤中镉含量及理化性质之间关系的预测模型,预测精度较好;通过温室土培试验,几种植物添加铁锰氧化矿物后镉的总量明显降低,证明添加铁锰氧化矿物可以明显降低土壤中镉的生物有效性.     

冶炼厂区镉污染土壤中镉的形态分配及其影响因素

对湖北省大冶有色金属公司铜冶炼厂附近３４个不同污染程度的酸性和石灰性土壤中Ｃｄ的形态分配规律，及其影响因素进行研究。结果表明，污染土壤中Ｃｄ中的活性很高，无论是酸性土壤，还是石灰性土壤，均以Ｅｘｃｈ－Ｃｄ含量为最高。不同类型土壤中Ｃｄ形态分配规律分别为，酸性土壤：Ｅｓｃｈ－＞ＳＢＯ－＞ＷＢＯ－＞ＯｘＭｎ－；而在石灰性土壤中，则为：Ｅｘｃｈ－＞Ｃａｒｂ－＞ＷＢＯ－＞ＯｘＭｎ－。但由于碳酸钙对Ｃｄ的直接吸持和有机质对Ｃｄ吸持的增加，使Ｅｘｃｈ－分配系数明显低于酸性土壤。土壤各组分对Ｃｄ的亲和能力不同，其中以氧化锰组分对Ｃｄ的亲和能力最强，其次是碳酸钙和有机质。土壤中Ｃｄ的形态分配受一些土壤基本性状的制约，Ｅｘｃｈ－Ｃｄ的分配系数与土壤ｐＨ，氧化锰和粘粒含量密切相关；ＳＢＯ－Ｃｄ的分配系数则主要受土壤中氧化物含量和存在形态的影响。     

有机酸对镉在土壤矿物上吸附特征的影响

研究了有机酸对镉在土壤矿物上吸附特征的影响,结果表明:有机酸对镉在矿物上吸附的影响基本上是一致的:随着胡敏酸浓度的增加,镉的吸附量迅速增大;对低分子量有机酸(草酸、乙酸、柠檬酸等)而言,在浓度较低时,镉的吸附量随着有机酸浓度的增加而有所增大,但随着浓度的增加,镉的吸附量逐渐降低.存在胡敏酸时,高岭石、针铁矿和三羟基铝石对镉的吸附率随着pH的升高而迅速增大,而且吸附率一直高于其它条件下的吸附率,pH>5.0时,吸附率接近100%.在存在低分子量有机酸(草酸、乙酸、柠檬酸等)的情况下,在pH<5.5时,高岭石、针铁矿和三羟基铝石对镉的吸附率随着pH的升高有较大的差异,与矿物种类及有机酸类型有着密切的关系,之后随pH的升高而迅速增大.     

钝化材料的老化对水稻土中Cd钝化稳定性的影响

为揭示钝化材料的老化对土壤镉（Cd）钝化稳定性的影响，选择河池、湘潭、韶关三类酸性水稻土，开展了温室条件下为期308 d的土壤培养试验，每类水稻土均设置1个对照和天然海泡石、生物质炭2个钝化材料处理，研究施用钝化材料后，水稻土中土壤Cd形态变化，以及土壤Cd与铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）和锌（Zn）形态变化的相关性。结果表明：施加天然海泡石后，河池、湘潭、韶关的土壤中酸提取态Cd含量在308 d土壤培养期间总体呈先减少后增加趋势；其中河池土壤酸提取态Cd占总Cd比例在0~28 d减少9.0个百分点，在28~308 d增加13.8个百分点；湘潭土壤酸提取态Cd占比在0~7 d减少3.2个百分点，7~308 d增加2.0个百分点；韶关土壤酸提取态Cd占比在0~7 d减少4.4个百分点，在7~308 d增加3.5个百分点。施加生物质炭后，河池、湘潭、韶关的土壤中酸提取态Cd含量在308 d土壤培养期间总体也呈先减少后增加趋势，在0~7 d，三个试验地土壤酸提取态Cd占总Cd比例减少5.5~8.1个百分点，在7~308 d增加3.4~6.6个百分点。与施加天然海泡石相比，施加生物质炭后，河池水稻土中Cd与Fe、Mn赋存形态之间的相关性强。研究表明，施加天然海泡石或生物质炭后，Cd污染程度在安全利用类范围的水稻土（河池、湘潭和韶关水稻土）中Cd均存在再活化、再释放现象，天然海泡石和生物质炭的老化显著影响河池、湘潭和韶关水稻土中Cd的形态分布。     

实验模拟条件下不同粒径海泡石对渔业环境中重金属镉的去除效果研究

【研究目的】为了研究纳米级别的海泡石是否可用于去除渔业环境中的重金属镉。【方法】本研究在实验室模拟条件下,构建了暴露有2种环境浓度镉（50 µg/L和100 µg/L）的渔业水生生态系统,并比较了普通粒径和纳米粒径2种海泡石对渔业水体和水产品中重金属镉的去除效果。【结果】结果表明,在该生态系统运行的10天,镉从水体向鱼体产生生物浓缩过程;试验接下来利用0.03 g/L浓度的海泡石粉末对水体进行泼洒,发现纳米粒径的海泡石对镉的吸附去除能力优于普通粒径,吸附的稳定性也更好;经过吸附去除作用,鱼体可食部位肌肉中镉含量虽然与处理前（10天时）相比数值有所下降,但不显著,且高浓度处理组数值仍超过相关标准。【结论】虽然利用海泡石,特别是纳米粒径的海泡石可有效去除渔业水体中镉的浓度,但由于生物浓缩和积累效应,镉在鱼体中的含量并不会显著得到降低。建议在渔业养殖开始前就对镉的污染水体进行修复,以期达到渔业水质标准,从而保证水产品上市时的质量安全。     

离子强度和磷酸盐对铁铝矿物及土壤吸附As（V）的影响

选用针铁矿、赤铁矿、水铁矿、水铝矿4种铁铝矿物以及性质差异较大的黑土、紫色土和红壤3种土壤,研究离子强度和磷酸盐对其吸附As(V)的影响。结果表明,在0.01、0.1、1mol.L-13种离子强度下,矿物和土壤对As(V)的吸附量无明显差异或随离子强度增大而增大,其对砷的吸附以专性吸附为主。磷酸盐对矿物和土壤吸附砷的影响与其添加顺序及摩尔浓度比有关。水铝矿和水铁矿在这3种添加顺序下的砷吸附量无明显差异,仅在P/As摩尔比较大时表现出下降趋势;而在针铁矿和赤铁矿两种矿物上,先添加砷时的砷吸附量高于先添加磷时或两者同时添加时,且砷吸附量随P/As摩尔比的增加而逐渐下降。在黑土、紫色土和红壤上,先添加砷比先添加磷或两者同时添加时的砷吸附量均要高,尤其是在紫色土上。随P/As摩尔比升高,土壤对砷的吸附量表现出下降趋势。     

改良剂对复合污染红壤中镉锌有效性的影响及机理

采用盆栽试验,研究了施用石灰、有机肥、海泡石对红壤上小油菜生物量、Cd与Zn吸收量、土壤Cd、Zn形态转化、pH等的影响。结果表明,改良剂对无污染红壤小油菜的生长影响不大,但能显著提高污染土壤上小油菜的生物产量,同时明显降低小油菜对Cd、Zn的吸收浓度。改良剂单施的效果是有机肥>石灰>海泡石,而有机肥和石灰配施或3种改良剂配合施用优于单施。改良剂降低复合污染红壤Cd、Zn生物有效性的主要原因是,施用改良剂后,土壤重金属形态和pH值发生显著变化。施用改良剂,土壤Cd、Zn转变为植物不易吸收的形态,与植物生长有良好相关性的土壤有效态重金属含量显著减少;施用石灰使土壤pH升高约2个单位,施用海泡石和有机肥使土壤pH增加1.2个单位以上。