砷镉在不同矿物界面的相互作用过程

重金属元素镉砷由于毒性高、活性大及危害强等特点,其土壤界面化学过程是土壤科学研究中的热点问题。虽然已有大量报道涉及镉砷的界面化学过程研究,但很少排除pH这一重要因子对研究结果的干扰。因此,本研究通过序批式反应,在排除pH干扰的条件下,定量研究了砷及镉在不同矿物界面（包括氧化铝、二氧化钛和高岭石）单独存在以及共同存在条件下的相互作用过程。研究结果表明：不同矿物界面上砷和镉的吸附动力学符合准二级动力学模型,化学吸附为其控速步骤;镉及砷的吸附效率（吸附量/比表面积）在不同矿物界面上均呈现出二氧化钛界面远高于氧化铝界面,而氧化铝界面高于高岭石界面;随着镉/砷浓度比的递增,镉的关键界面作用过程调控机制由静电吸附控制为主逐步转变为静电吸附与形成界面-砷-镉三元络合物共同作用,继而转变为形成表面沉淀控制;而随着砷/镉浓度比的递增,砷的关键界面调控机制发生从吸附控制为主向为沉淀控制为主的转变。该结果可为重金属元素在土壤矿物界面的微观化学作用过程及其调控措施研究提供借鉴。     

天然有机质和金属离子在矿物表面的共吸附

天然有机质(NOM)在土壤、沉积物和水体等环境中无处不在,其中富里酸和胡敏酸是主要形态。富里酸及胡敏酸活性高,易与天然矿物颗粒和金属离子发生相互作用,影响矿物的表面化学特性以及金属离子的形态与迁移性,进而在控制环境中金属离子的生物有效性和毒性等方面起重要作用。本文主要综述了富里酸和胡敏酸等NOM和金属离子在矿物表面共吸附特性与主要影响因素,归纳了表面络合模型和现代光谱技术在上述三元体系研究中的应用及其反应机制研究进展。NOM在较大程度上改变了金属离子在矿物表面的吸附特性和反应机制,并受体系pH、金属离子类型和浓度、NOM浓度、NOM和金属离子的添加顺序、矿物类型等因素的影响。低pH时,NOM通常促进矿物对金属离子的吸附。NOM和金属离子在矿物表面的共吸附机制包括:NOM和金属离子竞争吸附表面活性吸附位点;在溶液中形成NOM-金属离子络合物;形成金属离子桥接矿物表面位点与NOM的A型三元络合物(矿物-金属离子-NOM)或NOM联接矿物表面与金属离子的B型三元表面络合物(矿物-NOM-金属离子);静电作用改变表面电荷特征。最后展望了天然有机质等配体与金属离子在矿物表面共吸附有关的研究热点和方向。     

铅和铜在棕壤上共吸附的试验研究

研究了单一和二元的重金属体系中棕壤吸附Cu2+和Pb2+的热力学特征。结果表明,Freundlich吸附等温线可以很好地描述两种体系中土壤吸附重金属的热力学过程,棕壤吸附2种重金属离子的能力顺序为Cu2+>Pb2+。在相同的条件下,与单一体系相比,二元体系中Cu2+和Pb2+吸附量明显下降。土壤对Cu2+和Pb2+的吸附表现为共吸附现象。     

Cd(II)与As(V)在一株土壤细菌Delftia sp.上的共吸附研究

在土壤中，重金属（如Cd、Pb）和类金属（As、Sb）的复合污染非常复杂，而目前，还未有研究关注Cd、As在土壤微生物界面的共吸附行为。本研究利用宏观批吸附实验、电位滴定及光谱学手段探讨Cd(II)-As(V)在一株土壤细菌（Delftia sp.）表面的共吸附特点和机制。结果表明：Delftia sp.细菌表面富含羧基、磷酰基、氨基和羟基等官能团，解离常数（pKa）分别为4.57、7.04、8.22和10.45；当pH<5时，Cd(II)在复合体系的吸附量大于单一体系，pH>5时，Cd(II)在复合和单一体系吸附量差异不大；在pH 2–9范围内，As(V)在复合体系的吸附量都小于单一体系；细菌表面的羧基和少量氨基参与了Cd、As在细菌表面的络合反应，且Cd、As会在这些位点发生竞争作用。本研究证实，土壤pH是影响Cd、As在微生物表面共吸附的重要因素.     

微波加热硝酸氧化改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的吸附作用

通过研究四种改性生物质炭吸附重金属离子Pb(Ⅱ)和阳离子型染料亚甲基蓝的动力学效应、等温吸附效应、溶液初始pH效应和共吸附效应,探讨微波辅助加热在生物质炭氧化改性中的作用。结果表明,改性稻壳基生物质炭能够有效吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝,吸附容量显著高于初始生物质炭。Langmuir方程和Freundlich方程能很好地拟合改性稻壳基生物质炭吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的等温数据(R20.90)。改性生物质炭吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的动力学研究显示,改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的吸附主要发生在前2 h内,吸附过程符合伪二级动力学模型。随着溶液中pH的增大,Pb(Ⅱ)的去除率迅速增加,并在pH6时达到最大,亚甲基蓝的去除率在实验pH范围内也随pH缓慢上升,在pH为8~9时达到最大并逐渐趋于平衡。Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的共吸附效应表明,随着摩尔比值[MB/Pb(Ⅱ)]的增大,亚甲基蓝抑制了改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附。微波加热硝酸氧化改性显著提高600℃热裂解生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附性能和300℃热裂解生物质炭对亚甲基蓝的吸附性能。