天然膨润土的矿物特性及其磷吸附性能研究

比较了不同天然膨润土共7个样品对不同程度磷污染水体的吸附净化性能,通过等温吸附实验,探讨了膨润土对磷的吸附机制.结果发现,供试膨润土对水体磷均有一定的吸附净化潜力,但针对不同程度磷污染水体存在一定差异,且同一属型膨润土的吸附净化能力因矿物组成差异而不同.针对模拟V类水(P 0.4 mg/L)和劣V类水(P 1.0 mg/L),BN-2的吸附净化能力最强,BN-6的吸附净化能力较差,而其余膨润土对磷的吸附净化能力稍显差异.天然膨润土对磷的吸附等温曲线符合Freundlich方程,说明膨润土对磷的吸附可能属于不均匀介质的多分子层吸附.结果表明,在针对不同程度磷污染水体时,需根据膨润土的矿物特性,使各具特殊性质的不同天然膨润土矿样得到有效的应用.     

不同改性黏土矿物吸附净化磷污染水体的性能比较

比较了酸、热及其复合改性对凹凸棒石黏土、膨润土和高岭土等3种黏土矿物吸附净化不同程度磷污染水体能力的影响。结果发现,2%浓度酸处理、300℃热活化及酸热复合改性均可以显著提高凹凸棒石黏土的磷吸附净化能力,且以复合改性效果最好,Ⅴ类和劣Ⅴ类水的磷去除率均比原土提高30%以上;酸、热改性均能显著提高膨润土的磷吸附净化能力,但综合不同程度磷污染水体来看,热活化略优于酸改性,但酸热复合改性没有呈现更佳的效果;热改性显著提高高岭土的磷吸附净化能力,而酸改性却不同程度地降低了高岭土的磷吸附净化能力,酸热复合改性的效果亦不如热单独改性。结果表明,在针对不同程度磷污染水体时需根据黏土矿物特性选用酸处理、热活化或酸热复合改性方法来提高污水的吸附净化效率。     

川西黄壤磷和氟在不同处理条件下的竞争吸附特征

本研究利用响应面模型分析不同比例生物质炭、初始p H、初始磷浓度以及初始氟浓度下川西黄壤磷和氟的竞争吸附特征,以为土壤氟固定和土壤施肥技术提供新思路。研究表明:在竞争作用下,不同处理条件对磷的吸附量影响大小顺序为:初始氟浓度>pH>初始磷浓度>生物质炭比例;对氟的吸附量影响大小顺序为:初始氟浓度>初始磷浓度>pH>生物质炭比例。考虑到各因素之间的交互作用,根据响应面模型得出在pH、生物质炭比例、初始磷浓度、初始氟浓度等因素的共同影响下的最优反应条件为:p H 5.0、生物质炭比例2.9%、初始磷浓度144.0 mg/kg、初始氟浓度178.8 mg/kg,在此条件下模型预测的磷、氟的吸附量分别为949.6 mg/kg、1 622.0 mg/kg。     

红壤对SO^2—4和H2PO^—4的吸附与竞争吸附研究

研究红壤对ＳＯ＾２－４和Ｈ２ＰＯ＾－４的吸附与竞争吸附机理，实验结果表明，红壤吸附Ｈ２ＰＯ＾－４的量远远大于ＳＯ＾２－４，前者几乎是后者的２倍。在两种阴离子共存体系中，Ｈ２ＰＯ＾－４使ＳＯ＾２－４吸附量减少，在浓度低时甚至出现负吸附；ＳＯ＾２－４对Ｈ２ＰＯ＾－４吸附量的影响很小。     

混价铁氢氧化物对无机磷的吸附/沉淀

应用电化学方法研究了混价铁氢氧化物对磷的吸附/沉淀及主要环境因素的影响。结果表明,混价铁氢氧化物通过吸附/沉淀可将水溶性磷维持在较低水平,该吸附较好地符合Langmuir方程(R2=0.9742),混价铁氢氧化物对磷的最大吸附容量为56.8 mg/g;亚铁比例越高,单位铁的磷吸附/沉淀容量越高;混价铁氢氧化物氧化导致磷吸附容量降低;pH为中性时,混价铁氢氧化物的磷吸附容量最大,弱酸、弱碱性则不利于磷的吸附;钙离子可增加混价铁氢氧化物的磷吸附容量;硫离子则相反,原因是硫离子促进了三价铁还原及硫化亚铁的形成;尽管铵离子对混价铁氢氧化物的磷吸附容量有影响,但增幅不大。     

铝(氢)氧化物对有机酸和磷酸根的竞争吸附研究

研究了磷 /草酸浓度比 (Cp/Cox)、草酸 (OX)与磷 (P)加入顺序、多种有机酸共存等条件下铝 (氢 )氧化物 (Al(OH)x)对有机酸和磷的吸附量变化。结果表明 :磷浓度一定时 ,随Cp/Cox减小 ,Al(OH)x吸附磷量降低 ,吸附OX量增高 ,吸附阴离子总量一般随浓度升高而增加 ;Cp/Cox相同时 ,5种加入方式吸P顺序为P/OX P -OX OX +P OX -P OX/P ;Cp/Cox不同时 ,Al (OH)x吸附配位体的总量也相应变化 ;几种有机酸共存时 ,Al(OH)x对体系中的各种阴离子均有吸附 ,且相互影响和制约 ,总吸附量取决于离子种类和浓度 ,3种有机酸影响P吸附量的顺序为柠檬酸 (CA) 草酸 (OX) 酒石酸 (Tar) ;Al (OH)x加磷后随平衡时间延长 ,先吸附的OX和CA对吸附P量的影响逐渐减弱 ,它们的相对亲合力越来越成为主导因素。     

铁铝柱撑膨润土组成特征及其磷吸附性能研究

利用天然膨润土合成了铁柱撑膨润土（Fe1-Mt、Fe10-M）t、羟基铁膨润土（FeOx-M）t、羟基铝膨润土（AlOx-M）t和羟基铝铁膨润土复合体（AlFe-M）t,对其化学组成和矿物组成等特征进行分析,比较了5种不同铁铝柱撑膨润土对磷污染水体的吸附净化性能,并通过等温吸附试验探讨了柱撑膨润土对磷的吸附机制。结果发现,不同铁铝柱撑均可以增加天然膨润土的层间距,其中以羟基铝铁膨润土复合体的层间距增加最明显,与原土相比增加约为2倍。5种不同铁铝柱撑均能显著增强膨润土对磷污染水体的吸附净化能力,其中以FeOx-Mt的理论磷吸附容量最大,为12.03mg.g-1,其次为Fe10-Mt、AlFe-Mt和AlOx-Mt,吸附等温曲线同时符合Freundlich方程和Langmuir方程,均达显著水平。结果表明,除膨润土层间距外,不同铁铝柱撑膨润土的磷吸附能力主要与铁铝氧化物的含量及铁的存在形态相关。     

重金属离子在土壤中的竞争吸附动力学初步研究Ⅰ.竞争吸附动力学的竞争规律与竞争系数

本文以液流法研究重金属离子铜与镉在褐土中的竞争吸附动力学特性为例,初步分析了竞争吸附动力学中竞争吸附量的变化规律,指出竞争吸附过程中伴随着强烈的吸附组份间吸附位的交换反应;为定量表述竞争吸附动力学进程中离子竞争的规律,文中定义了竞争吸附动力学的离子吸附竞争系数与分配系数,并对这两个参数的性质作了分析,认为在竞争吸附过程中各竞争离子的竞争系数或分配系数之和为1,液流法吸附动力学竞争性强离子的竞争系数与吸附反应时间呈现良好的LOGISTIC曲线关系,文中以铜、镉竞争吸附动力学为例对此进行了验证.     

改性高岭土对废水中磷的吸附性能及机理研究

采用盐酸和煅烧2种方法对苏州高岭土进行了改性,分析其对模拟含磷废水中磷的吸附效果,并初步探讨了其作用机制,继而进行了等温吸附和吸附动力学试验研究。结果显示,酸、热改性均不同程度地提高了高岭土对模拟废水中磷的吸附净化能力,尤以9%酸改性和500℃煅烧效果最为明显。在处理25 ml浓度为20 mg/L的模拟含磷废水中,高岭土投加量为2%(重量比)时,经9%酸改性高岭土对磷去除率达81.8%,较天然高岭土提高了44.6%。在处理50 ml浓度为20 mg/L的模拟含磷废水时,经500℃煅烧改性高岭土对磷的去除率高达99.5%,残留溶液中磷浓度仅为0.10 mg/L,达到我国相应排放标准。酸改性可通过改变高岭土的吸附活性点位来提高其对磷的吸附净化性能,而煅烧通过活化高岭石中的铝而提高其对磷的吸附净化性能。天然、9%酸改性及500℃煅烧高岭土磷吸附等温线均符合Freundilch和Langmuir方程,皆达极显著水平(P<0.01)。天然、9%酸改性及500℃煅烧高岭土对磷的动力学吸附特征一致,皆与准二级方程拟合最佳,达极显著水平(P<0.01)。500℃煅烧高岭土对磷的饱和吸附量最大,在净化含磷废水中具有良好的应用前景。     

不同浓度酸改性对凹凸棒石黏土磷吸附性能的影响

比较分析了不同浓度酸改性凹凸棒石黏土对不同程度磷污染水体的吸附净化性能,并初步探讨了酸改性影响凹凸棒石黏土磷吸附性能的作用机制。结果发现,3%～30%酸改性可以不同程度地提高凹凸棒石黏土的磷吸附性能,其中以3%酸改性效果最好,在1%投加量下,其对Ⅴ类(P0·4mgL-1)和劣Ⅴ类(P1·0mgL-1)水磷的去除率分别达到95%和15%,而原土对磷污染水体基本无吸附净化能力。不同浓度酸改性不同程度地降低了凹凸棒石黏土的pH,可由原土的8·6降至3·86～3·35;3%～30%酸改性凹凸棒石黏土的zeta电位呈折线形变化,其中以3%酸改性凹凸棒石黏土的zeta电位最高,可达到-28·1mV。结果表明,酸改性可以通过改变凹凸棒石黏土的表面电荷和吸附活性位点等来提高它的磷吸附净化性能,且最适酸改性浓度不超过3%。     

Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在不同吸附剂上的吸附特征

以氢氧化铁、氢氧化铝、高岭土和蛭石4种材料为吸附剂,探究Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附效果,以类比土壤中主要矿物对Sb的吸附作用并进行对比。研究内容包括吸附动力学试验、等温吸附试验及不同背景溶液pH变化下的吸附解吸效应。结果表明:4种吸附剂对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附在振荡24 h后逐渐趋于平稳,蛭石和氢氧化铁对Sb(Ⅲ)的吸附量在6 h达到峰值后出现下降,如氢氧化铁在6 h时对Sb(Ⅲ)的吸附量为23.19μg/g,72 h后降为19.75μg/g,并测定出该悬浮液中Sb(Ⅴ)浓度上升。用Langmuir和Freundlich吸附模型对两种价态Sb的等温吸附曲线进行拟合,两种模型拟合优度均在0.7以上。蛭石和氢氧化铁对Sb(Ⅲ)的吸附效果好于另两种吸附剂,而蛭石对Sb(Ⅴ)的吸附能力较弱;氢氧化铁和氢氧化铝对Sb(Ⅴ)的吸附效果较好,而氢氧化铝对Sb(Ⅲ)吸附效果不理想。随着pH的增加,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附出现明显下降,并且解吸率增加,表现出pH对吸附的显著影响,如高岭土对Sb(Ⅲ)的吸附量由平衡液pH为4.82时的10.12μg/g增加到pH为2.12时的37.89μg/g。     

纳米尺度观察糖-黏土微团聚体对磷素吸附的影响

糖-黏土团聚体对磷素的转化具有重要的调控作用，为揭示纳米尺度下糖介导的微团聚体初始形成过程及对磷的吸附效果，本试验选择了人工改性的纳米黏土硅酸镁锂，以及不同分子量的葡萄糖及葡聚糖，通过拉曼光谱和原子力显微镜观察不同糖与硅酸镁锂形成的微团聚体结构，利用单分子力谱解释了不同分子量糖和硅酸镁锂间作用力差异，并比较了微团聚体对磷素的吸附能力差异。结果表明：糖能有效胶结硅酸镁锂，形成稳定的糖-硅酸镁锂微团聚体，其中高分子量糖和硅酸镁锂具有更强的相互作用力，能形成更大粒径的微团聚体结构。当不同分子的糖-硅酸镁锂微团聚体形成后，均能对磷产生吸附效应，但吸附能力会随着糖分子量提升而降低，这主要是由于不同分子量糖的添加，均能增加微团聚体表面羟基数目并提升微团聚体的表面电势，从而增加磷的吸附量；而高分子量的糖同时还会增加微团聚体的粒径，由于尺寸效应，反而吸附磷的量少于低分子量糖。本实验结果说明高分子量糖促进微团聚体形成，同时所有糖会促进微团聚体与磷的结合，但是该效应随糖分子量提升会有一定程度降低。     

Sb(V)在三种矿物表面的吸附行为

用研究了蒙脱土、高岭土和针铁矿在不同的pH与离子强度的介质条件下对Sb(V)的吸附及解吸行为。3种矿物对Sb(V)的吸附能力差别较大,蒙脱土的吸附量远大于针铁矿和高岭土,针铁矿与高岭土的吸附能力相近。pH对Sb(V)在3种矿物表面的吸附行为影响显著。随pH的升高,Sb(V)的吸附均减弱。吸附在高岭土表面的Sb(V)易解吸,而针铁矿和蒙脱土表面的Sb(V)不易解吸。随离子强度升高,高岭土对Sb(V)的吸附减弱;离子强度对Sb(V)在针铁矿和蒙脱土表面吸附的影响较小。     

磷和柠檬酸共存对高岭石和针铁矿吸附铅的影响

通过平衡吸附试验及矿物电动电位(Zeta电位)的变化分析,研究了磷(P)和柠檬酸(CA)共存对针铁矿和高岭石吸附铅的影响。结果表明:(1)针铁矿和高岭石对铅的吸附量随柠檬酸浓度的升高呈现"峰形"曲线变化,铅吸附量达到峰值的柠檬酸浓度均为0.5 mmol L~(-1),不同浓度磷存在下柠檬酸对矿物吸附Pb2+量有不同程度增加。(2)随着磷添加浓度的增加,两种矿物对铅吸附量均呈增加趋势,磷添加浓度分别为1 mmol L~(-1)和0.6 mmol L~(-1)时,针铁矿和高岭石吸附铅量达到平衡;当处理中添加不同浓度柠檬酸,两种矿物均表现为对铅的吸附量增加,且随着柠檬酸浓度增加促进铅吸附的作用增强,说明在磷及试验浓度柠檬酸存在下促进了矿物对铅的吸附。(3)高岭石体系中,加入磷或(和)柠檬酸后,Zeta电位-pH曲线向负值方向位移,降低程度大小顺序为1.0 mmol L~(-1) P+0.5mmol L~(-1) CA0.5 mmol L~(-1) CA1.0 mmol L~(-1) P,说明高岭石表面增加的负电荷也部分增加了其对铅的电性吸附;添加磷和柠檬酸处理针铁矿的Zeta电位显著降低,且随着体系pH的升高其Zeta电位没有明显变化,表明磷和柠檬酸均主要是通过吸附到针铁矿表面而增加对铅的专性吸附。     

长期不同施肥对潮土磷素吸附特征的影响

土壤磷素是限制潮土生产力提高的重要营养元素。研究不同施肥处理磷素的吸附特征及其与土壤理化性质的关系,可以为提高潮土磷素有效性和合理施肥提供科学依据。本研究基于封丘长期定位施肥试验,选用七种处理：不施肥（CK）、氮钾施肥（NK）、氮磷施肥（NP）、磷钾施肥（PK）、氮磷钾施肥（NPK）、1/2有机肥+1/2氮磷钾（1/2OM）和有机肥（OM）,通过测定土壤理化性质和磷素吸附量,利用Langmuir和Freundlich等温吸附模型拟合了吸附曲线,并结合方程计算了最大吸附量（Qm）、亲和力常数（K）、最大缓冲能力（MBC）、吸附饱和强度（DPS）、Freundlich吸附常数（a）和吸附指数（b）;运用相关分析和冗余分析（RDA）探讨了影响土壤磷素吸附特征变化的主要因素。结果表明：随着平衡溶液磷浓度的增加,不同施肥处理的磷素吸附量均表现出先快速增加,后缓慢增加的趋势。与CK和NK处理相比,NP、PK和NPK处理的磷素吸附能力增强,Qm和MBC分别增加了15.62%~23.60%和2.94%~23.46%;而1/2OM和OM处理的磷素吸附能力下降,K和MBC分别降低了39.60%~49.57%和36.09%~56.15%。相关分析和RDA结果表明：有机质（SOM）、pH、游离氧化铝（Ald）和C/P是影响潮土磷素吸附特征的主要因素。此外,1/2OM处理的DPS值相较于OM处理降低了30.92%。长期有机无机肥料配施可以增加有机质含量,降低磷素吸附能力,且相较于单施有机肥可以减少磷素流失风险。     

长期定位施肥对土壤磷素吸持特性与淋失突变点影响的研究

通过对黄土旱塬地区长期(26a)定位施肥条件下的不同施肥处理的土壤磷素及其吸持参数的测定,以及通过室内模拟试验对土壤磷素淋失突变点的测定,研究了土壤磷素吸持参数、土壤磷素淋失突变点和部分土壤性质之间的关系。结果表明,经过26年的长期施肥,M75P60和M75N120P60处理的Olsen-P含量比CK处理的提高了10.7和9.8倍,全磷(T-P)含量比CK处理的提高了60.4%和57.7%。长期磷肥和有机肥投入可以减低土壤磷素的最大吸附量(Qm),而提高土壤磷素的吸附饱和度(DPSS),M75N120P60处理的Qm比CK的减低了49.92%,而DPSS比CK的提高了21.5倍。相关分析表明,黄土旱塬土壤的Qm与Olsen-P、T-P和CaCl2-P呈极显著的负相关关系(P<0.01),与土壤有机质呈显著负相关关系(P<0.05)。零净吸附浓度磷(EPC0)与Olsen-P和CaCl2-P呈极显著正相关关系,与T-P和SOM也达到显著正相关,而与pH值的关系不显著,但土壤磷最大缓冲能力(MBC)与pH值的关系达到极显著。DPSS与Olsen-P、T-P、CaCl2-P和SOM呈极显著正相关关系。土壤磷素淋失的Olsen-P突变点值与土壤吸持参数Qm呈极显著正相关,与MBC也达到显著正相关,与DPSS、Olsen-P、T-P和CaCl2-P呈极显著负相关关系。该地区土壤磷素淋失的Olsen-P突变点值与DPSS15%的值极为吻合,即可以用DPSS15%值作为该地土壤磷素淋失的突变点值。     

不同硫酸铝用量对苏打盐碱土磷素形态及吸附特性的影响

通过室内模拟盆栽改良试验,研究了硫酸铝的改良效果及施用后对土壤中磷素营养状况的影响。硫酸铝配施磷肥和氮肥对小麦的出苗和生长起着明显促进作用。无机磷分级及相关分析结果表明,施加不同用量的硫酸铝后,各级无机磷平均含量的大小顺序为Ca2-P>Ca8-P>Al-P>O-P>Fe-P>Ca10-P,其中,Ca8-P和O-P是Ca2-P的有效补充。磷的吸附实验表明,各处理土壤磷的等温吸附曲线与Langmuir方程的吻合程度最好,其相关程度达极显著水平。根据简单Langmuir方程,将C/x/m对C作图,得到的是具有一个折点的直线,表明随着磷平衡浓度的不同,土壤对磷的吸附存在着两个不同能量水平的吸附点位。磷的解吸结果表明,在磷平衡浓度较低的条件下,土壤与磷的结合能力较强,大多以固定态磷的形式被吸附,并且,解吸也较困难;随着磷平衡浓度的增加,可交换磷所占的比例增加,有较多的磷可被解吸下来。     

Relationships between the Ratio of Plant-Available Phosphorus (P-AL) to Total Phosphorus and Soil Properties

Abstract

The relationships between the ratio of plant-available phosphorus (P-AL) to total P and soil properties were examined in 52 samples of mineral soils collected from different parts of Norway. The ratio P-AL/total P in the soils was used as a measurement of a soil's capacity to bind P in sparsely soluble forms and of the possibility for plants to utilize added P. Simple regression analysis showed that the ratio P-AL/total P was correlated with clay (r= ?0.60???, significant at the 0.1% probability level), Tamm acid oxalate extractable Fe (r= ?0.63???), and Tamm acid oxalate extractable Al (r-= ?0.44???), but not with organic C and pH. Variation of Fe, Al and clay content could explain 50% of the variation of the ratio of P-Al/total P. Partial correlation coefficients showed that Fe was the most important factor explaining the variation of the ratio of P-AL/total P.     

天鹅湖潟湖表层沉积物磷的吸附容量及潜在释磷风险

研究了天鹅湖潟湖表层沉积物对磷的吸附容量,分析了沉积物磷吸附指数(PSI)、磷吸附饱和度(DPS)及由这两个指标构成的磷释放风险指数(ERI),预测了不同区域沉积物磷的潜在释放风险。结果表明,沉积物的PSI变化范围为7.44~28.53 mg L/100 gμmol,湖北部和中部沉积物的PSI值较高;DPS与PSI的变化趋势相反,变幅为0.85%~4.99%,表现为湖南部和中部沉积物的DPS高于北部。沉积物的PSI与磷的理论吸附容量(Qmax)呈极显著正相关(P0.01),而DPS与沉积物各理化参数间的相关性较差。有机质(OM)、活性铝(Alox)和粘粒是表层沉积物对磷持留的主要影响因素。此外,天鹅湖潟湖表层沉积物的ERI变化范围为2.93%~44.70%,磷释放诱发富营养化的风险处于中度范围,其中东南部发生富营养化的风险较高