恒电荷土壤和可变电荷土壤动电性质的研究 Ⅰ.阳离子吸附和pH的影响

本工作研究了阳离子和吸附和ＰＨ对恒电荷土壤和可变电荷土壤动电动性质的影响。研究结果表明,砖红 不同溶液中的ζ电位随ＰＨ升高由正值变为负值,均有一个等电点：ＰＨ〉５时,在不同溶液之间砖红壤ζ电位的变化顺序为：ＭｎＣｌ２〉ＺｎＣｌ２≥ＣａＣｌ２〉ＮａＣｌ。     

低分子量有机酸对可变电荷土壤中铝吸附的影响

铝毒是酸性土壤上植物生长不良的主要限制因素,铝的生物毒性与铝离子的化学形态有密切的关系[1, 2],而铝的化学形态又受包括低分子量有机酸在内的多种因素的影响[3, 4].低分子量有机酸是土壤中广泛存在的一类非常活泼的物质,植物在生长过程中其根系会不断分泌出各种有机酸,植物残体分解过程中和土壤微生物代谢过程中均会产生有机酸[5, 6].一些有机酸阴离子可以被可变电荷土壤吸附,并影响土壤的某些表面化学性质;另一方面某些有机酸阴离子能够与铝形成稳定的络合物从而改变铝离子在溶液中的存在形态,这两方面的原因都有可能对可变电荷土壤中铝的吸附产生影响.     

多种有机酸共存对可变电荷土壤吸附磷的影响

研究了２种或３种有机酸在不同浓度组合时对可变电荷土壤吸附磷酸根离子的影响,结果表明:（１）有机酸的种类、各自的浓度及总浓度对土壤吸附磷有显著影响;（２）土壤组成及表面性质不同时,有机酸与磷的竞争效果也不大相同;（３）多种有机酸混存对土壤吸附磷量的影响不等于各单一有机酸贡献的简单加和。因此,根际环境中有机酸、磷在土壤表面的相互作用还有许多待探讨的问题。     

阴离子对可变电荷土壤吸附铜离子的影响机理

根据NO-3、Cl-和SO24-对可变电荷土壤和恒电荷土壤吸附Cu2+的影响的比较,探讨了阴离子对可变电荷土壤吸附Cu2+的影响机理。结果表明,当3种阴离子的浓度相同时,在SO24-体系中铁质砖红壤对Cu2+的吸附率较在NO3-和Cl-体系中大得多,而在浓度相同的3种阴离子体系中,黄棕壤对Cu2+的吸附率相差不大。在离子强度相近的NaCl体系中,砖红壤对Cu2+的吸附率相近。在3种阴离子体系中,随着pH升高,砖红壤对Cu2+的吸附率均增大;但在NO-3体系和Cl-体系中Cu2+的吸附率相近;而在SO24-体系中Cu2+的吸附率最大。随着Na2SO4浓度的增大,铁质砖红壤和砖红壤对Cu2+的吸附率减小。但在0.005 mol L-1和0.05 mol L-1Na2SO4体系中,Cu2+的吸附率大于在不含Na2SO4的体系中者。而在0.5 mol L-1Na2SO4体系中,Cu2+吸附率小于在不含Na2SO4体系中者。在3种浓度的Na2SO4体系中,黄棕壤对Cu2+的吸附率均小于在不含Na2SO4体系中者。总之,阴离子可通过离子强度、专性吸附和形成离子对影响土壤对Cu2+的吸附。在可变电荷土壤中,阴离子对Cu2+吸附的影响机理较在恒电荷土壤中复杂得多。     

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。     

恒电荷土壤和可变电荷土壤动电性质的研究 Ⅱ.阴离子吸附和pH的影响

本工作研究了阴离子吸附和ＰＨ对恒电荷土壤（黄棕壤和黑土）和可变电荷土壤（砖红壤）动电性质的影响。结果表明,砖红壤吸附不同阴离子后的ζ电位随ＰＨ升高由正电位移至负电位,在ζ电位－ＰＨ曲线上均有一个等电点（ＩＥＰ）在ＰＨ３．５～８之间,相同ＰＨ升高由正电红壤的ζ电位随吸附阴离子的负移顺序是ＨＰＯ４＾２－〉Ｆ＾－〉ＳＯ４＾２－〉Ｃｌ＾－〉ＮＯ３＾－。作为恒电荷土壤的黄棕壤和黑土,在不同电解发质溶液中的ε     

多种有机酸共存对可电荷土壤吸附磷的影响

研究了２种或３种有机酸在不同浓度组合时对可变电荷主壤吸附磷酸根离子的影响,结果表明：（１）有机酸的种类、各自的浓度及总浓度对土壤吸附磷有显著影响;（２）土壤组成及表面性质不同时,有机酸与磷的竞争效果也不大相同;（３）多种有机酸混存对土壤吸附磷量的影响不等于各单一有机酸贡献的简单加和。因此,根据环境中有机酸、磷在土壤表面的相互作用还有许多待探讨的问题。     

氧化铝对红壤正、负电荷的影响

用人工合成氧化铝包被土壤的方法研究了氧化铝(三水铝石)对红壤地区五种土壤的电荷性质的影响.结果发现,土壤包被氧化铝后正电荷有不同程度的增加,但其增加量随pH的升高而减少,pH7左右时几乎为零.人工氧化铝对负电荷的影响因土而异.带负电荷少的砖红壤包铝后在pH<7范围内负电荷稍有减少;带负电荷多的黄壤和红壤包铝后在低pH时负电荷明显减少,而高pH时负电荷明显增大;另外两个赤红壤包铝后负电荷也有类似的变化趋势,但变幅较小.四种土壤的负电荷由减小转变到增大时转变点的pH值各土不同,在pH3.6-6.2之间.包铝后土壤净电荷的变化趋势与该土壤的负电荷相似.包铝后土壤的ZPNC都有所升高,升高的幅度因土而异,在0.4-1pH单位之间.     

可变电荷土壤吸附铜离子时氢离子的释放

可变电荷土壤吸附铜离子后 ,土壤的中和曲线上不出现pH突跃 ,而变成一条平缓变化的曲线。当土壤悬液的pH低于一定数值时 ,加入铜离子后不释放氢离子。该pH值与土壤中氧化铁的含量有关。氧化铁的含量越高 ,该pH值越高。对于大多数可变电荷土壤 ,此pH值为 4左右。对可变电荷土壤 ,pH值越接近 4,氢离子释放的快速过程越不明显。在pH 4左右 ,加入铜离子后 1 0分钟时 ,释放的氢离子量仅占 6 5分钟时释放量的 3 0 %左右。但当pH值高于 4 5时 ,在大多数情况下 ,加入铜离子后半分钟时释放的氢离子量即可占 6 5分钟时的 5 0 %以上。恒电荷土壤吸附铜离子时氢离子的释放速度比可变电荷土壤快得多。即使pH值低至 3 8,在加入铜离子后半分钟时氢离子的释放量即占 6 5分钟时的 5 6 %以上。可变电荷土壤吸附铜离子时的H/Cu比比恒电荷土壤大得多。当恒电荷土壤悬液中加入0 1mo1L- 1 NaNO3作支持电解质时 ,吸附铜离子时的H/Cu比增大。     

几种有机酸对恒电荷和可变电荷土壤吸附Cu2+的影响

以恒电荷土壤(黄褐土和黄棕壤)和可变电荷土壤(红壤和砖红壤)为供试材料,研究了乙酸、草酸、酒石酸和柠檬酸对土壤吸附重金属铜离子(Cu2 )的影响。结果表明,在相同酒石酸浓度下,土壤对酒石酸的吸附量依次为黄棕壤(2 1 8mmolkg-1) >红壤(15 4mmolkg-1) >砖红壤(9 5mmolkg-1) ,土壤吸附有机酸后负电荷量增加,相同条件下增幅为砖红壤>红壤>黄棕壤;无有机酸配体时,供试土壤对Cu2 的吸附量为黄褐土>黄棕壤>砖红壤>红壤;加入有机酸时,随有机酸浓度增高,土壤对Cu2 的吸附一般表现为“峰”形曲线,峰所对应的有机酸浓度因有机酸类型而异,且随土壤可变电荷性质增强而增高;土壤吸附有机酸后对Cu2 的次级吸附不同于有机酸与铜共存时的竞争吸附,且因土壤性质表现迥异。这些结果意味着在存在有机酸配体的根际环境中,恒电荷土壤与可变电荷土壤对Cu2 的吸附明显不同,并将影响重金属离子在根际的转化与有效性     

邻苯二甲酸和水杨酸在可变电荷土壤中的吸附行为

研究了2种低分子量有机酸邻苯二甲酸和水杨酸在2种代表性可变电荷土壤红壤和砖红壤中的吸附行为。结果表明,可变电荷土壤对有机酸的吸附容量较大,对邻苯二甲酸的吸附亲和力大于对水杨酸的亲和力,在砖红壤中2种有机酸的吸附量大于在红壤中的,这与土壤的游离铁、铝氧化物的含量一致。土壤氧化铁在有机酸吸附中起着重要作用,粘土矿物如高岭石对有机酸的吸附量很小。有机酸的吸附涉及专性吸附和静电吸附2种机制,并以前者为主。当pH小于4.5时,pH的改变对有机酸的吸附影响不大;当pH大于4.5时,有机酸的吸附量随pH的增加而减小。     

恒电荷土壤及可变电荷土壤与离子间相互作用的研究 Ⅱ.共存体系中Cl-的吸附特性

对 3种可变电荷土壤和 4种恒电荷土壤在陪伴阳离子分别为Na 、K 、NH 4 、Mg2 、Ba2 、Al3 和共存SO2 -4下Cl- 的吸附量进行了测定。结果表明 ,供试土壤的Cl-吸附量顺序均为AlCl3>BaCl2 和MgCl2 >KCl和NH4 Cl>NaCl,其中可变电荷土壤的差异较大。不同电解质溶液中Cl- 吸附量的顺序与土壤所带正电荷量的顺序一致。Langmuir方程的K值较小 ,且在不同介质中的差异不大。随SO2 -4浓度的增大 ,可变电荷土壤对Cl- 的吸附量减少 ,平衡液的pH值增大 ,而恒电荷土壤则变化甚微 ,说明共存的SO2 -4使可变电荷土壤的表面负电荷增加 ,但对恒电荷土壤则影响不大。这些结果说明 ,Cl- 以电性吸附的机理不因介质而变。可变电荷土壤在一价阳离子存在时 ,除土壤本身所带的正电荷外 ,还有一价阳离子吸附后产生的正电荷以及由此引起的对Cl- 的协同吸附。在二、三价阳离子存在时 ,还有Cl- 的离子对吸附 ,而恒电荷土壤在所有介质中 ,似乎总是以与Cl- 的协同吸附为主     

CrO42-对两种可变电荷土壤表面电荷的影响

对两种可变电荷土壤的研究结果表明,加入铬酸根(CrO42-)能增加土壤的表面负电荷,减小土壤的表面正电荷的量。CrO42-对表面正电荷的影响程度随体系pH的增加而减小,对负电荷的影响呈相反的趋势。CrO42-对表面电荷的影响程度也随其加入量的增加而增加。CrO42-主要通过自身的吸附来影响土壤的表面电荷,因为伴随着土壤表面电荷的变化,CrO42-在土壤中发生明显的吸附。而且土壤对CrO42-的吸附量随其加入量的增加而增加,随pH的升高而减小,与土壤电荷的变化趋势基本一致。     

可变电荷土壤中铜离子的解吸

研究了我国四种可变电荷土壤红壤、赤红壤、砖红壤和铁质砖红壤以及二种恒电荷土壤黄棕壤和黑土中吸附性铜离子的解吸特征。研究结果表明 ,可变电荷土壤吸附的一部分铜离子可以被去离子水解吸 ,而且在pH～解吸率曲线上在一定pH值时出现解吸率最大值。在最大值时不同土壤中铜离子解吸率的大小与土壤中氧化铁的含量有关。氧化铁的含量越高 ,在最大值时铜离子的解吸率越大。当用中性电解质解吸可变电荷土壤吸附的铜离子时 ,电解质的浓度越大 ,解吸率越低。与此相反 ,恒电荷土壤吸附的铜离子不能被去离子水解吸 ,只能被中性电解质解吸 ,且电解质的浓度越高 ,解吸率越大。这表明 ,可变电荷土壤中吸附性铜离子的解吸规律 ,完全不同于恒电荷土壤中者。本文初步讨论了其原因     

恒电荷土壤及可变电荷土壤与离子间相互作用的研究Ⅲ Cu2+和Zn2+的吸附特征

研究了3种典型可变电荷土壤和4种典型恒电荷土壤在不同pH和不同浓度下单纯及共存体系中Cu2 和Zn2 的吸附及其影响因素。结果表明,两类土壤对Cu2 或Zn2 的吸附量均随平衡浓度增加而增大,符合Langmuir吸附等温式;当Cu2 、Zn2 浓度一定时,pH升高使Cu2 、Zn2 吸附量增大,但当pH >5时,Cu2 、Zn2 吸附量随pH变化甚微,出现一个接近最大吸附量的“平台”。当添加Cu2 、Zn2 浓度相同,但二种离子的总浓度不同时,平衡液的Cu2 /Zn2 浓度比均小于1,说明两类土壤对Cu2 的吸附选择性大于Zn2 ,且这种趋势不因pH和离子浓度而改变。当Cu2 、Zn2 共存时,使可变电荷土壤的Zn2 吸附量减小约70 % ,是恒电荷土壤降低量的约1.5倍;可变电荷土壤吸附一个Cu2 或Zn2 时所释放H 的平均数,明显大于恒电荷土壤者,说明可变电荷土壤对Cu2 及Zn2 的吸附中专性吸附的比例较恒电荷土壤大     

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     

低分子量有机酸对可变电荷土壤吸附性氟解吸的影响

低分子量有机酸可增加可变电荷土壤中吸附性F的解吸,4种有机酸对F解吸影响的大小顺序为:草酸>丙二酸>柠檬酸>苹果酸。有机酸对F解吸的增加作用随有机酸浓度的增加和pH的升高而增加。有机酸可以通过两种机制来增加F的解吸量,一是有机酸阴离子与F对土壤表面吸附位的竞争作用;另一机制是有机酸通过促进土壤氧化铝的溶解来增加F的解吸量。从短程反应看,第一种机制是主要的。