有机酸根与铝氧化物表面吸附磷的解吸

研究了有机酸根离子与合成铝氧化物表面吸附磷解吸的相互关系。结果表明:（1）有有机酸时比无有机酸时吸附的磷具有更高的解吸率,无草酸且加磷pH为4时,0.01molL-1KCI对磷的解吸率最低,草酸与磷共存且pH为6时磷的解吸率最高;（2）高浓度有机酸可解吸低浓度有机酸难解吸的磷,草酸难解吸的磷可为等浓度的柠檬酸极解吸;（3）不同浓度草酸和柠檬酸对铝-草酸复合物吸附磷的解吸率比对Al（OH)x的低,而对铝-柠檬酸复合物吸附磷的解吸率则比对Al（OH）x的高;（4）柠檬酸对铝-磷复合物中磷的解吸量随柠檬酸浓度升高而增大。这些结果证明,有机酸对铝氧化物吸附磷的解吸机理包括配位交换和溶解,有机酸可促进磷的解吸,提高磷的有效性。     

基于不同分析方法研究磷酸根在矿物表面吸附机制的进展

磷素是植物生长必需的营养元素,也是联系生态系统中生物与非生物作用的关键元素。对磷酸根在矿物表面吸附反应机制的深入认识,有助于了解其在陆地和水环境中的形态、迁移、转化和生物有效性。本文主要综述了磷酸根在常见(土壤)矿物表面吸附机制的研究进展。各种分析技术或方法,如OH–释放量分析、Zeta电位分析(电泳迁移率测试)、等温滴定量热法、原子力显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱、核磁共振波谱、X射线吸收光谱、表面络合模型、量子化学计算等,均以不同方式揭示磷酸根在不同矿物体系的吸附机制。磷酸根在矿物(尤其是铁、铝氧化物)表面的吸附通常伴随着水基和羟基的交换。一般认为磷酸根在矿物表面主要形成双齿双核、单齿单核内圈络合物,且受pH的影响较大。pH以及磷酸根在矿物表面的吸附密度影响内圈络合物的质子化状态。在低pH、高磷浓度、较高反应温度、较长吸附时间,以及弱晶质矿物吸附等条件下矿物表面吸附的磷可在矿物表面转化形成含磷的表面沉淀,造成矿物溶解转化以及磷生物有效性的进一步降低。最后展望了磷酸盐在矿物-水界面吸附有关的研究热点和方向。     

有机磷与土壤矿物相互作用及其环境效应研究进展

土壤有机磷是土壤环境中重要的磷组分,其在环境中的界面反应影响着磷素的迁移、转化、生物有效性以及环境行为。本文主要总结了土壤中典型有机磷在矿物表面的吸附-解吸、溶解-沉淀等反应特性和微观机制,以及有机磷-矿物相互作用对有机磷形态、金属离子界面反应行为,以及矿物胶体化学稳定性与溶解转化的影响等环境效应。土壤有机磷可含多个磷酸基团,相对分子质量大,电荷密度高,通过界面反应与环境矿物发生强烈的相互作用,并影响矿物的电荷性质、共存金属离子的吸附特性、以及胶体化学稳定性。有机磷界面反应特性和机制受矿物类型和结晶度、有机磷相对分子质量、pH、温度和共存离子等因素的影响。有机磷在矿物表面的吸附密度一般随着体系pH、矿物结晶度和有机磷相对分子质量的升高而降低。有机磷一般可在矿物表面形成内圈络合物,某些情况下还存在氢键作用,甚至转化形成表面沉淀。有机磷和金属离子在矿物表面的吸附一般存在协同效应(尤其是在低pH条件下),即金属离子促进了有机磷的吸附,有机磷也促进金属离子的固定;吸附机制因反应体系而异,主要包括形成三元表面络合物和表面沉淀等,多数时候存在多种机制的共同作用。最后讨论了环境中有机磷与矿物相互作用的主要研究热点和方向。     

三种铁氧化物的磷吸附解吸特性以及与磷吸附饱和度的关系

采用三种人工合成铁氧化物(针铁矿、赤铁矿和水铁矿)比较了结晶态和无定形铁氧化物对磷的吸附—解吸特性以及与磷吸附饱和度的关系。结果表明,三种铁氧化物的磷吸附特性均可用Langumir方程来描述,相关系数均大于0.9,达到极显著水平。从磷最大吸附量(Qm)、吸附反应常数(K)和最大缓冲容量(MBC)三项吸附参数综合考虑,水铁矿(无定形)对磷的吸附无论在容量还是强度方面均比结晶态铁氧化物针铁矿和赤铁矿大得多。水铁矿吸附的磷比针铁矿和赤铁矿所吸附的磷更难解吸;水铁矿的大量活性表面并没有表现出增加磷释放的作用。磷吸附饱和度有望作为评价土壤或铁氧化物磷吸附—解吸的强度和容量因子的一个综合指标。     

冻融作用对棕壤磷素吸附-解吸特性的影响

以棕壤为研究对象,采用室内模拟冻融环境的方法,研究土壤磷素吸附-解吸行为,采用Langumuir、Freundlich和Temkin方程对吸附过程进行拟合分析,定量研究冻融作用对土壤磷素吸附机制的影响,同时建立土壤磷素解吸量与吸附量关系方程,进一步探讨冻融土壤磷吸附-解吸特性。结果表明,冻融条件下棕壤对磷的吸附规律一致,吸附量均随着平衡溶液中磷浓度增加而逐渐增大,与未冻融土壤相比,冻融后土壤磷等温吸附曲线变得平缓。冻融条件下磷等温吸附曲线用Langmuir方程拟合相关性最好。土壤磷素解吸量与相应最大吸附量符合线性相关。冻融后土壤磷固定吸附量低于未冻融土壤,即冻融过程促进土壤磷素释放,增加了土壤磷流失风险。多次冻融循环对土壤磷吸附-解吸行为影响更为强烈。     

铜尾矿对水溶液中磷的吸附与解吸

为研究铜尾矿作为吸附剂对水溶液中磷的吸附与解吸,从铜陵尾矿库采取尾矿样本,以其作为吸附材料对KH2PO4配制的水溶液进行吸附,用比色法测定磷的平衡浓度,然后计算平衡吸附量和解吸量。结果表明,Langmuir和Freundlich等温吸附方程能够较好地描述铜尾矿对水溶液中磷的吸附过程;尾矿废弃物对水溶液中磷酸根的吸附量与尾矿样本中游离氧化铁、晶质氧化铁、有机络合铁含量以及烧失量呈极显著正相关,而与pH呈极显著负相关;各种植物群落下A层尾矿对磷的吸附量低于C层,尾矿对水溶液中磷的平均最大吸附量超过0.85 mg.g-1,铜官山老尾矿库白茅群落下硬盘层对水溶液中磷的平均最大吸附量达到8.66 mg.g-1,被铜尾矿吸附的磷的平均解吸率低于5%。     

酸性土壤在改良条件下磷的吸附-解吸特性

在可变电荷土壤上 ,植物生长期间对磷肥的利用效率很低[1,2 ] ,这是由P的专性吸附所决定[3,4 ] 。Easterwood和Sarfain[5] 报道了减少土壤对P素固定的磷肥与有机质配合施用技术。无机磷肥与有机肥配合施用 ,植物能有效地吸收肥料中的磷 ,其原因可能是降低了土壤对磷的吸附能力     

温度对硼在三种矿物上吸附-解吸特性的影响

在实验室对天然Ca 蒙脱进行了纯化 ,并在一定条件下人工合成了针铁矿、水锰矿 ,以此作为实验材料 ,用吸附—解吸平衡法和反应动力学方法研究了温度对硼在Ca 蒙脱 ,针铁矿 ,水锰矿上的吸附、解吸特性的影响。结果表明 :随温度升高 ,Ca 蒙脱对硼的吸附量升高 ,其对硼的解吸滞后性下降 ,水锰矿和针铁矿对硼的吸附量下降 ,其对硼的解吸滞后性加强。计算表明 ,在常温下 ,硼在Ca 蒙脱上的吸附热为 63.0 8kJmol- 1 ,在针铁矿和水锰矿上分别为 - 1 2 2 .45和 - 93 .91kJmol- 1 ,硼在Ca 蒙脱、针铁矿和水锰矿上的解吸热分别为- 31 .0 2 ,53 .95和 46 .30kJmol- 1 。上述结果说明 ,硼在Ca 蒙脱上的吸附为吸热过程 ,解吸为放热过程 ;硼在针铁矿、水锰矿上的吸附为放热过程 ,解吸为吸热过程。随着温度的升高 ,硼与矿物的初始反应速率明显加快 ,而整体反应速率略有下降。     

黄土性土壤在连续液流条件下吸附、解吸磷酸根的动力学研究

采用连续液流法研究了黄土性土壤吸附,解吸磷酸根的动力学性质。结果表明：（１）供试土壤对磷酸根的吸附,解吸扫速率可分为快,中,慢三种反应类型;（２）描述吸附,解吸反应的最优模型均为Ｅｌｏｖｉｃｈ方程,最差模型分别为一级反应方程及双常数方程,拟合差的模型对反应速率变化“敏感”,可用于反应类型划分和机理研究;（３）粘粒含量及代换量对吸附速率有著影响,游离铁对吸附速率,ＣａＣＯ３对较低温度下的吸附及较高温     

有机阴离子对磷酸根吸附的影响

在中性条件下,低浓度的柠檬酸、草酸、酒石酸和胡敏酸阴离子都能显著降低针铁矿、非晶氧化铝、高岭石和红壤对磷酸根的吸附,尤其在低磷吸附饱和度下效果更好。有机阴离子抑制磷酸根吸附的能力因有机酸的种类和性质、以及固相的表面特性而异。有机阴离子存在下吸附的磷酸根具有较高的同位素³²P交换活性和解吸率。测定了吸附平衡溶液中铁和铝的浓度。结果表明,在实验条件下(pH 7.0),即使较高浓度的有机酸根(10^-2mol)也只能溶解极少量的铁和铝。有机阴离子络溶作用不足以说明固相吸附磷能力的显著下降。可见,有机阴离子降低磷酸根吸附的机制主要是竞争专性吸附。有机阴离子占据了一部分高亲和力的吸附位,从而降低了土壤固相吸附磷的量,增加了吸附态磷的活性。     

土壤不同粒径组分对菲的吸附解吸行为的研究

有机污染物在土壤环境中的行为主要取决于它们与土壤不同组分之间的相互作用,土壤不同粒径组分中有机质的含量和结构特征以及矿物组成不同,它们对有机污染物的环境行为影响也不同。本研究用物理方法将两种不同类型土壤水稻土(SEBC-07)和红壤(SEBC-13)分成粒径大小不同的土壤组分(<2μm、2~20μm、20~54μm、54~105μm、105~280μm、>280μm),研究了它们对菲的吸附解吸行为。SEBC-07土样不同粒径组分对菲的吸附容量(Kf)从大到小顺序为:2~20μm、20~54μm、54~105μm、<2μm、>105μm;SEBC-13土样不同粒径组分的Kf值从大到小顺序为:20~54μm、<2μm、2~20μm、54~105μm、105~280μm、>280μm。除<2μm和20~54μm的粒径组分外,有机质含量较高的水稻土不同粒径组分对菲的吸附容量都明显高于有机质含量较低的红壤。两种土壤20~54μm组分的Koc值都最大,然后向粒径增大和减小的方向都逐渐降低。不同粒径组分的Kf和Koc值与它们的理化性质(有机碳含量、比表面积)都没有显著的相关性。两种土壤的不同粒径组分对菲的解吸都有不同程度的滞后现象。     

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。     

九宫山土壤剖面中黏土矿物的组成特征

以湖北省九宫山的4种垂直地带性土壤为对象,研究其剖面层次的黏土矿物组合和铁、铝氧化物的特征,揭示山地土壤中黏土矿物的变化特点。结果表明,随海拔升高,土壤中黏土矿物类型从以高岭石为主,逐渐变为以14.0?矿物、伊利石及三水铝石为主,有从1︰1型向2︰1型矿物过渡的趋势;不同层次的土壤中黏土矿物类型和相对含量变化明显;土壤随垂直高程的升高,其中游离态铁、铝减小,非晶形和络合态铁、铝增加,各种形态铁、铝氧化物的总量也增加。     

磁处理棕壤对磷吸附-解吸特性的影响

探讨了磁处理棕壤对磷吸附-解吸的影响,结果表明:外加磁场处理棕壤后磷的吸附量降低,促进了磷的解吸。棕壤不同粒级磁化后(0.002~0.005mm除外)吸附量基本都减少,而<0.002mm粒级和0.005~0.01mm粒级对吸附量减少起主要作用。     

The Contrasting Effect of Goethite and Hematite on Phosphate Sorption and Desorption by Terre Rosse

Phosphate sorption and desorption in soils are markedly influenced by iron oxides, although little is known on how the common iron oxides differ in their behaviour towards added phosphate. In this study, we investigated phosphate sorption and desorption in the clay fractions of 12 Terre Rosse that ranged widely in Fe oxide content, had very low contents of oxalate-extractable Fe oxides and different hematite/goethite ratios. Phosphate sorption at an equilibrium concentration of 1 mg P 1^?1 was correlated with the goethite but not with the hematite content of the clay fractions. When phosphate was desorbed by electro-ultrafiltration, the difference in desorption half-time between untreated and deferrified clays was positively correlated with the goethite but not with the hematite content. These results suggest that goethite is more active than hematite in phosphate sorption and retention by soils.     

Soil and sediment properties affecting the accumulation of mercury in a flood control reservoir

Mercury accumulations in some fish species from Grenada Lake in north Mississippi exceed the Food and Drug Administration standards for human consumption. This large flood control reservoir serves as a sink for the Skuna and Yalobusha River watersheds whose highly erodible soils contribute to excessively high sediment yields and impaired water quality. This study was conducted to characterize the distribution of total Hg in watershed soils and determine the relationship between the easily transportable clay, organic C (OC), and Fe oxide fractions and the movement of Hg from upland sources to reservoir sinks. Cores were collected from soils, of different land-use, representative of the three soil orders (Alfisols, Entisols, and Vertisols) found in the watersheds. Sediment cores were collected from the Yalobusha River and Grenada Lake. In the laboratory, soil cores were sampled by horizon while sediment cores were sampled in 10 cm increments. These samples were characterized for total Hg, particle size distribution, OC, Fe oxide contents, and pH. Mercury concentrations ranged from 10 to 112 µg kg^− 1 in the soil profiles, with average regression coefficient (r²) values of 0.104, 0.362, and 0.06 for Hg versus clay, OC, and Fe oxides, respectively. River sediment cores had Hg concentrations ranging from 0 to 38 µg kg^− 1, and significant (1% level) r² values of 0.611, 0.447, and 0.632 versus clay, OC, and Fe oxides, respectively. Mercury concentrations in the lake sediment ranged from 0 to 125 µg kg^− 1. The r² values for Hg versus clay, OC, and Fe oxides in the lake sediment were 0.813, 0.499, and 0.805, respectively, all significant at the 1% level. These results indicate that total Hg is poorly correlated with the clay, OC, and Fe oxide fractions at depth in the soil profiles because maximum Hg concentrations occur in the surface horizons due to atmospheric in-fall. The statistically significant r² values for Hg versus these components in the sediment cores are the result of particulate clay, Fe oxides, and finely divided OC sorption of Hg from solution during the runoff and sediment transport process. The higher correlations for the lake sediment reflect an enrichment of the Hg-laden clay fraction relative to stream sediment through flocculation and sedimentation processes in the slack-water environment of the reservoir.     

土壤水汽吸附曲线的模拟及其滞后效应

准确模拟土壤水汽吸附曲线对于研究土壤与水分子之间的相互作用机理及预测土壤中挥发性有机气体的运移有重要意义。选择了中国不同地区七种典型土壤,评价了GuggenheimAnderson-deBoer(GAB)模型对水汽吸附和解吸曲线的模拟效果,并就水汽吸附行为的影响因素、水分子与土壤颗粒的相互作用机制进行了讨论。结果表明,对于七种供试土壤的水汽吸附和解吸曲线,GAB模型均方根误差小于0.000 7,决定系数大于0.995。相比土壤水汽解吸附过程,水汽吸附过程土壤的单层吸附水含量较低,而纯液态和单层吸附的水分子自由焓差较高。水汽吸附与解吸附过程中土壤单层水含量和滞后指数与有机碳含量呈极显著的正相关关系,而与黏粒含量的相关性受矿物类型的影响。     

模拟酸雨对荔枝果园土壤磷素等温吸附与解吸特性的影响

采用等温吸附试验方法研究了模拟酸雨对荔枝果园土壤磷的吸附与解吸特性的影响。试验结果表明,不同处理间土壤对磷的最大吸附量(Xm)为pH2.5>pH4.5>CK=pH6.5,其中pH2.5的酸雨淋溶处理对磷的最大吸附量(Xm)与其它处理间差异显著;土壤吸附磷的解吸量(Xd)分别与相应的吸附量(X)和原平衡溶液浓度(C)呈显著的指数相关和线性相关,随着土壤对吸附量的增加,土壤磷的解吸量呈指数增长。