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。     

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     

磷酸盐吸附对可变电荷土壤正负电荷的影响

本文研究了华南地区不同类型的可变电荷土壤，并对磷酸盐的吸附量和吸附磷后土壤的正、负电荷的变化，以及ｐＨ和游离氧化铁对这种变化的影响进行了研究。结果表明，土壤吸磷量与土壤游离氧化铁含量成良好的正相关。土壤吸磷后正电荷减少，负电荷增加，土壤电荷量与吸磷量之间呈抛物线状相关。吸附１摩尔磷酸盐对土壤净负电荷的贡献在０．３－１．０摩尔之间。土壤中的游离氧化铁使吸附的磷对土壤负电荷的贡献减少。     

外源As（Ⅲ）、As（Ⅴ）在石灰性土壤中的转化及其对有机碳降解酶活性的影响

砷在土壤中的转化积累特性与其生物有效性密切相关。然而,外源As(Ⅲ)、As(Ⅴ)添加对石灰性土壤中砷的动态转化及其生态毒理的影响仍不清楚。通过设置不同剂量(0、20、50、100、180、280、450和800 mg kg-1)砷的土壤培养试验,采用连续浸提方法、物料袋方法研究了As(Ⅲ)、As(Ⅴ)在石灰性土壤中的动态转化特征及土壤生物学性状对As(Ⅲ)、As(Ⅴ)响应的剂量效应。结果表明:(1)土壤交换态砷(AE-As)浓度随培养时间延长而下降,而铝型砷(Al-As)、铁型砷(Fe-As)、钙型砷(Ca-As)浓度则明显升高,说明水溶性砷逐渐转化为难溶性砷,且以Ca-As为主,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)处理间差异不显著。(2)过氧化氢酶活性随外源As(Ⅲ)和As(Ⅴ)剂量增加而呈下降趋势(30 d和100 d),蔗糖酶活性随As(Ⅲ)和As(Ⅴ)添加剂量而明显上升(30 d),说明As(Ⅲ)和As(Ⅴ)对过氧化氢酶有抑制作用,对蔗糖酶有刺激作用;As(Ⅲ)和As(Ⅴ)添加对多酚氧化酶活性影响不明显;As(Ⅴ)处理的过氧化氢酶、多酚氧化酶及蔗糖酶平均活性分别比As(Ⅲ)处理高13.7%、1.9%、1.2%,说明As(Ⅲ)生态毒性大于As(Ⅴ)。此外,通过对土壤各形态砷含量与酶活性进行相关分析可知,蔗糖酶对土壤砷的响应较过氧化氢酶和多酚氧化酶更敏感,可作为石灰性土壤砷污染的指示酶。(3)添加于土壤中的大豆秸秆的降解率随外源砷剂量增加而下降,但As(Ⅲ)和As(Ⅴ)处理间差异不显著。综上可以得出如下结论:不同形态的砷在石灰性土壤中转化、转化为以Ca-As为主,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)处理间差异不显著;外源As(Ⅲ)和As(Ⅴ)对土壤有机碳降解均有明显抑制作用,且As(Ⅲ)对碳转化相关酶的生态毒性大于As(Ⅴ)。     

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。     

三江源地带性土壤铁（铝）键合碳分布特征

为了解青藏高原腹地天然草地土壤稳定性碳储量,掌握其固碳能力和增汇潜力,将三江源地区土壤按地域空间和3种典型草地类型进行划分,以活动层土壤为对象,进行土壤总有机碳（TOC）及铁（铝）键合碳[Fe (Al)-C]分析,并与地理、气候资料建立关系模型,反演近60年（1961—2020年）时空变化规律。结果表明：（1）江源地区Fe (Al)-C平均含量6.07 g·kg-1,[Fe (Al)-C]/TOC平均16.87 %,其含量分布地带性特征明显,中、东部地区显著高于西部地区（P < 0.05）;（2）3种草地类型Fe (Al)-C含量在2.35 ~ 8.81 g·kg-1,[Fe (Al)-C]/TOC 11.99% ~ 20.52%,高山灌丛草甸和高寒草甸均显著高于高寒草原（P < 0.05）; 3种高寒草地Fe (Al)-C与TOC呈极显著正相关（P < 0.01）;（3）模拟数字化制图结果显示,近20年（2001—2020年）三江源地区Fe (Al)-C分布面积变化相比过去两个时段（1961—1980年和1981—2000年,其含量≥5.75 g·kg-1的分布面积平均增加了1.64 %）,整体处于碳汇状态,三江源地区土壤铁（铝）键合碳在土壤稳定中的固碳潜力不容忽视。     

不同离子强度下SiO_2胶体对磺胺嘧啶土壤吸附迁移行为的影响

通过室内批实验和土柱出流实验,以二氧化硅胶体作为外源胶体,定量分析了改变离子强度时胶体对磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SDZ)在土壤中吸附、迁移行为的影响。批实验结果表明,离子强度为0.001、0.003 mol L-1时胶体的加入能够抑制SDZ的吸附,而0.005、0.010 mol L-1时胶体的加入对SDZ吸附的影响与SDZ初始浓度有关。Freundlich模型能较好地拟合SDZ在土壤中的吸附情况,R2在0.958~0.997范围内。土柱实验结果表明,不加胶体时,高离子强度会促进SDZ在土壤中的迁移,SDZ在土柱中出流早,相对浓度峰值高且持续时间长;加胶体时,高离子强度下胶体出流量小,抑制SDZ在土壤中的迁移,SDZ的相对浓度峰值降低且更难洗脱,而低离子强度时胶体全部或部分出流,促进SDZ的迁移,SDZ出流早且相对浓度峰值高。总之,吸附迁移实验表明,低离子强度时,胶体的加入促进了SDZ的迁移抑制SDZ的吸附,高离子强度时则相反。该结果有助于全面理解土壤中磺胺类抗生素的运移,指导磺胺类抗生素的风险评估及防治。     

铁铝氧化物和高岭石对转化酶的吸附及活性的影响

Experiments were conducted to study the influences of synthetic bayerite, non-crystalline aluminum oxide (N-AlOH), goethite, non-crystalline iron oxide (N-FeOH) and kaolinite on the adsorption, activity, kinetics and thermal stability of invertase. Adsorption of invertase on iron, aluminum oxides fitted Langmuir equation. The amount of invertase held on the minerals followed the sequence kaolinite > goethite > N-AlOH > bayerite > N-FeOH. No correlation was found between enzyme adsorption and the specific surface area of minerals examined. The differences in the surface structure of minerals and the arrangement of enzymatic molecules on mineral surfaces led to the different capacities of minerals for enzyme adsorption. The adsorption of invertase on bayerite, N-AlOH, goethite, N-FeOH and kaolinite was differently affected by pH. The order for the activity of invertase adsorbed on minerals was N-FeOH > N-AlOH > bayerite > reak goethite > kaolinite. The inhibition effect of minerals on enzyme activity was kaolinite > crystalline oxides > non-crystalline oxides. The pH optimum of iron oxide- and aluminum oxide-invertase complexes was similar to that of free enzyme (pH 4.0), whereas the pH optimum of kaolinite-invertase complex was one pH unit higher than that of free enzyme. The affinity to substrate and the maximum reaction velocity as well as the thermal stability of combined invertase were lower than those of the free enzyme.     

磷酸盐对土壤胶体和矿物表面吸附酸性磷酸酶的影响

研究了系列浓度磷酸盐体系中 ,酸性磷酸酶在黄棕壤、砖红壤胶体和高岭石、针铁矿及δ MnO2 表面的吸附特点。结果表明 :随着磷酸盐浓度升高 ,磷酸酶在土壤胶体和矿物上的等温吸附曲线类型逐渐由L型向C型转化 ,等温吸附方程由Langmuir方程向线性方程转化 ,这种转化可能与磷酸和酶在胶体矿物表面对不同点位的利用及其能量特点有关。随着体系中磷酸盐浓度的增加 ,酶吸附量呈现先急剧下降后逐渐稳定的趋势。磷酸盐对土壤胶体和矿物上酶吸附的影响决定于矿物表面的类型特别是羟基的数量、体系中磷酸盐浓度及酶的加入量。针铁矿及含铁铝氧化物较多的砖红壤胶体对酶的吸附受磷酸盐的抑制作用最为显著。     

土壤磷酸盐的吸收对Cu2+二次吸附动力学的影响

The effects of sorbed phosphate on the kinetics of Cu^2 secondary adsorption on three major types of soils in southern and Central China were studied using the batch method and flow (or miscible displacement) techniques.Both of the methods showed that diffusions were the ratedetermining steps in the Cu^2 adsorption by the soils.By the flow method,the course of Cu^2 adsorption kinetics consisted of two steps-sn initial rapid process and a later slow process of Cu^2 adsorption;while by the batch method,the 90% of Cu^2 adsorption reaction was found to finish within first 1 minute.The results obtained using the flow method also indicated that for red soil and yellow-brown soil ,Cu^2 adsorptions during the initial reaction periods were restrained when the soils sorbed phosphate,whereas the adsorption reactions were stimulated at the final time,For grey Chao soil,sorbed phosphate retarded the Cu^2 adsorption in the whole reaction period.The results obtained using the batch method and low techniques all implied that the different effects of sorbed phosphate would be attributed to its effects on Cu^2 ion diffusion in soil solution.     

污灌区土壤对Cr（Ⅵ）的吸附和还原作用研究

通过静态吸附实验和土柱淋溶实验，研究了污灌区土壤对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附和还原作用。结果表明，土壤对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温方程。进入土壤后，Ｃｒ（Ⅵ）被土壤固相组分吸附和还原为Ｃｒ（Ⅵ），从而降低了Ｃｒ（Ⅵ）对农作物的危害性。     

pH对酸性土壤中铝的溶出和铝离子形态分布的影响

ＰＨ对酸性土壤中铝的溶出和土壤溶液中铝离子形态分布的影响的研究结果表明,土壤中铝的溶出量随ＰＨ降低而增加,ＰＨ对不同土壤中铝的溶出的影响不同,三种土壤中铝的溶出量受ＰＨ影响的大小顺序是：红壤〉赤红壤〉砖红壤,说明不同类型土壤中铝的溶出对外来酸的敏感和程度不同。     

有机酸对酸性土壤中铝的溶出和铝离子形态分布的影响

五种低分子量的有机酸对酸性土壤中铝的溶出和铝离子形态分布的影响的研究结果表明，有机酸主要通过与铝形成络合物而促进铝的溶解，使土壤溶液中有机络合态铝浓度增加，有机酸对无机铝形态的影响较小。不同有机酸由于本身的性质和结构不同，它们对铝溶解的影响不同。     

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。     

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。     

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。     

离子强度对三种可变电荷土壤表面电荷和Zeta电位的影响

本文用离子活度和反号离子在土壤胶体双电层扩散层滑动面的分布解释了可变电荷土壤表面电荷与胶体Zeta电位随着离子强度增加呈相反变化趋势的原因。当p H大于土壤的盐效应零点(PZSE)时,离子强度增加导致土壤胶体双电层紧密层阴离子含量增加,土壤表面负电荷量增加,双电层滑动面上的反号离子(阳离子)数量增加,使得土壤胶体Zeta电位向正值位移。相反,当p H小于土壤PZSE,随着离子强度增加,土壤表面正电荷量增加,此时的反号离子为阴离子,双电层滑动面上的反号离子(阴离子)数量增加,导致土壤胶体Zeta电位向负值方向位移。另外,由于土壤表面对K+的吸附亲和力强于Na+,因此在相同浓度下,土壤胶体双电层滑动面上K+浓度高于Na+,导致土壤胶体在KNO3溶液中的Zeta电位高于在Na NO3溶液中的,从另一方面印证了这一解释。     

氧化还原条件下有机物料对酸性土壤pH、铁形态和铜吸附解吸的影响

研究了添加有机物料对水稻土、红壤和砖红壤在干湿交替一次以后土壤pH、铁的形态和对铜吸附解吸行为的影响。结果表明,添加有机物料使得土壤pH升高,且随着有机物料加入量的增加而升高。与对照相比,添加有机物料可使水稻土、红壤和砖红壤的pH分别上升1.55、0.8和1.33个pH单位。红壤和砖红壤中无定形氧化铁含量增加,而水稻土中变化不大。在铜的平衡浓度为0.2 mmol/L时,添加有机物料培养可使水稻土、红壤和砖红壤铜的吸附量分别增加6.7、10.3和3.6 mmol/kg。     

蚯蚓对As污染土壤酶活性及其P养分的影响

从湖南石门县的As矿区附近采集不同程度As污染的农田土壤,分别设置添加秸秆、接种蚯蚓等处理,研究蚯蚓对As污染土壤酶活性及其P养分供给的影响。结果发现,高浓度As土壤的脱氢酶活性显著低于中、低浓度As土壤,而酸性磷酸酶活性及有效P含量则与之相反。蚯蚓+20g秸秆处理在50d时脱氢酶活性最高,而酸性磷酸酶活性则是秸秆处理在100d时最高,且接种蚯蚓和施用秸秆有利于土壤P素的释放。结果表明在施用秸秆条件下接种蚯蚓有利于改善As污染土壤的养分供给,从而改善根际营养。