表面电荷性质对离子在土壤胶体界面扩散的影响

采用动力学方法测定了中性紫色土胶体和砖红壤胶体的电荷性质,研究了不同pH、电解质体系、浓度条件下离子在带电土壤胶体中的扩散过程,分析了两种土壤胶体在不同条件下离子扩散通量和扩散系数的特点。结果表明:1)中性紫色土胶体和砖红壤胶体中离子平衡扩散量为2.6～3.1 mg g-1和0.26～0.51 mg g-1,前者的扩散平衡量是后者的6倍～10倍;2)中性紫色土胶体不同温度条件下,离子扩散系数为1.17×10-9～1.91×10-9cm2s-1,砖红壤胶体中在与其对应温度条件下,离子扩散系数为0.23×10-9～0.45×10-9cm2s-1,前者是后者的4倍～5倍。表面电荷性质对离子在带电土壤胶体界面扩散的影响起决定性作用。     

我国几种主要土壤胶体的NH4+吸附特征

了解土壤胶体对NH₄⁺的吸附数量、强度和机理等特征可以揭示土壤胶体的表面性质,同时也有助于氮肥的合理施用。     

蒙脱土及腐殖酸的界面动电性质

自然界广泛存在的粘土和腐殖酸经常结合在一起,它们直接影响和决定着土壤结构和水/土界面的其它性质^[4-6].关于土壤胶体动电性质的研究五十年代比较活跃,但在以后却被大大地忽视了^[1].本工作研究了钠蒙脱土以及蒙脱土结合腐殖酸以后的粒子在水中的界面动电性质，考察了动电性质随pH的变化.这种纯粘土及其和腐殖酸结合体系的研究对于土壤胶体性质的认识是必要的.     

单一电解质体系下恒电荷土壤胶体扩散双电层中滑动层厚度的计算

土壤胶体颗粒表面滑动层厚度是一个重要的物理参数。利用Gouy-Chapman理论推导得到单一电解质体系中滑动层厚度计算公式,测得三种紫色土胶体颗粒表面电位值和ζ电位值,通过计算得到滑动层厚度值。结果表明:(1)在2∶1型电解质体系中三种紫色土胶体表面电位和zeta电位绝对值均远低于1∶1型电解质体系,两种单一电解质体系下三种紫色土表面电位值随电解质浓度变化差异要远大于zeta电位值;(2)两种单一电解质体系下三种紫色土胶体滑动层均离双电层中Stern层较远,而与Gouy层靠近,并且在2∶1电解质体系中的滑动层厚度要远低于1∶1电解质体系;(3)三种紫色土胶体颗粒随着电解质浓度升高,其滑动厚度均变薄。不同表面电位土壤胶体颗粒,在电解质浓度较低时,它们的滑动层厚度差异显著;当电解质浓度较高时,它们的滑动层厚度之间差异不明显。     

我国几种主要土壤胶体的NH4+吸附特征

本文讨论我国几种主要土壤胶体的NH₄⁺吸附特征。土壤胶体对NH₄⁺的吸附符合两种表面Langmuir方程。土壤胶体对NH₄⁺的结合能力强弱顺序是:黄棕壤>黑土、(土娄)土>红壤>砖红壤,而NH₄⁺的解吸率大小顺序与此相反。Langmuir吸附方程参数K₁与土壤胶体的粘粒矿物组成有关,并与土壤胶体对NH₄⁺的相对偏好性(A值)呈正相关。Langmuir参数(M₁+M₂)与土壤胶体的CEC呈正相关,去有机质(OM.)前后△K₁与△OM.呈反相关。去有机质可增加土壤胶体对NH₄⁺的偏好性。土壤胶体的NH₄⁺吸附和解吸特征决定于其组成和表面性质,并受有机无机复合作用的影响。永久电荷吸附位对NH₄⁺的偏好性较强,而可变电荷吸附位则较弱。     

土壤电化学性质的研究——Ⅹ.红壤胶体的表面性状和离子专性吸附对表面电荷性质的影响

根据可变电荷和永久电荷共存的土壤体系的模式,研究了一个砖红壤和一个红壤胶体的表面电荷特性。由于两种土壤胶体的矿物成分和铁铝氧化物的含量不同,砖红壤胶体的pH。值、ZPNC和IEP都高于红壤胶体者。红壤胶体的永久负电荷量多,其pH₀与ZPNC的差值也大。土壤加3%的有机质淹水培育4个月后,胶体的腐殖质含量增加不足0.5%,对胶体的pH₀的影响不明显。砖红壤胶体用磷酸盐或硅酸盐处理后,表面正电荷减少,负电荷增多,pH₀值和IEP都降低。磷酸盐的效应较硅酸盐为甚。不同浓度的KCl溶液中存在少量SO₄^2-时,砖红壤胶体的正电荷减少,负电荷增加,ZPNC和pH₀值降低;如存在少量Ca²⁺,则pH₀值升高。以单一的K₂SO₄、为支持电解质时,pH₀值较KCl者为高。     

不同盐基离子对黑土胶体zeta电位及凝聚过程的影响

以黑土胶体为研究对象,比较黑土胶体在不同浓度的四种盐基离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+体系中的zeta电位、颗粒凝聚动力学过程和平均凝聚速率,明确不同离子界面行为对黑土胶体zeta电位和凝聚过程的影响。研究发现土壤胶体较高的颗粒密度(0.61 g L-1)更有利于获得稳定的zeta电位值;二价阳离子与一价离子相比,因其有更强的压缩双电层能力而引起zeta电位的降低和较强的土壤胶体凝聚过程;同价离子对zeta电位和土壤胶体聚沉影响的差异表现为离子浓度同为200 mmol L-1时,黑土胶体在K+体系中的凝聚速率是Na+体系中的7.65倍,离子浓度同为4 mmol L-1时,黑土胶体在Ca2+体系中的凝聚速率是Mg2+体系中的2.79倍。除了其自身体积的差异还与离子在表面强电场中的极化作用有关。不同盐离子受土壤表面附近电场的强烈影响,在土壤胶体表面固-液界面上被诱导极化,从而易引起胶体zeta电位的不同。该研究为表征土壤胶体表面性质及胶体凝聚过程和团聚体形成理论研究提供基础。     

土壤胶体表面羟基释放的初步研究

土壤中铁、铝、硅等氧化物及其水合物表面属可变电荷表面,或称恒电位表面。层状硅铝酸盐边缘裸露的铝醇基(Al—OH)和硅醇基(Si—OH)也具有氧化物的表面性质^[10,21]。这些胶体表面的特点是含有羟基(—OH)和水合基(—OH₂),其表面吸附或解离质子都受介质的pH所决定。     

土-水体系中电导频散的影响因素

用红壤、赤红壤和砖红壤3种土壤胶体,测定胶体悬液在不同频率时的电导和直流电导,用以观察频散现象。结果表明,各种胶体的电导频散能力因土壤类型而异,红壤最强,赤红壤次之,砖红壤最弱。呈现明显频散所需要的频率,红壤和赤红壤为10千赫左右,砖红壤约为100千赫。可变电荷土壤的类型对电导频散的影响与土壤胶体所带的电荷总量密切相关。对于同一种胶体,悬液相对电导率(某一频率时的电导率与300赫时的电导率之比)随胶体浓度的增加而变大。红壤悬液在各种电解质存在时的电导频散曲线的形状不同,其中KCl者为一斜上直线,Ca(NO₃)₂,和CaCl₂,者则为上翘的曲线。在1到100千赫之间,频散的顺序为:KCl>Ca(NO₃)₂>CaCl₂。呈现明显频散所需要的频率,对KCl者为1千赫左右,Ca(NO₃)₂者约为10千赫,CaCl₂者高达100千赫左右。在同一频率下,红壤胶体悬液的相对电导率随KCl溶液浓度的增加(10^-5—10^-3mol/L)而减小。     

2,4-D 对铜在乌栅土胶体和红壤胶体上吸附的影响

应用批平衡法研究了农药2,4-D对Cu在乌栅土胶体和红壤胶体上吸附的影响。结果表明,Cu在两种土壤胶体上的吸附等温线均符合Langmuir方程,Cu在乌栅土胶体上的吸附量较其在红壤胶体上的吸附量要高;在pH3.0～6.7范围内,两种土壤胶体对Cu的吸附量均随溶液pH的升高而升高。2,4-D增加了Cu在土壤胶体上的吸附,2,4-D的浓度越高,Cu的吸附量越大,这主要是由于2,4-D的存在显著增加了平衡液的pH,从而增加了土壤胶体表面所带负电荷量。     

土壤表面电荷测定的两种方法之比较

用返滴定法和Mehlich法研究测定了我国不同地带土壤 (砖红壤、红壤、黄棕壤、暗棕壤、黑土 )无机胶体的表面电荷。结果表明 :( 1 )两者的测定结果有较大的差异 ,其主要的原因是返滴定法和Mehlich法分别基于不同的衡量标准 ,从不同的侧面反映了土壤表面的电荷性质 ;( 2 )返滴定法与Mehlich法各有其优点 ,但在具体的测定过程中都有些环节可能需要改进。     

土壤胶体电位滴定与热分析的初步研究

土壤不仅是一个分散体系,而且其高度分散部分还带电荷。因此,它能与土壤溶液中的离子相互结合,形成双电层。大部分土壤的无机胶体是带负电的,所以主要吸附阳离子。当它在盐基不饱和时就呈酸性,形成所谓胶体酸,胶体酸的缓冲性能既取决于交换性酸的本性,也取决于土壤胶体的本性。因此,了解胶体酸的缓冲性能不仅有助于对土坡酸度本性的认识,也可了解土壤胶体的本性。本文仅就我国几种土壤及其无机胶体部分进行电位滴定与热分析,并与粘土矿物比较以探讨各土壤胶体的缓冲性能与粘粒矿物组成的关系。     

粘粒矿物和有机质对土壤胶体比表面的影响

分别从黑土、黄绵土、黄棕壤、红壤和砖红壤提取<2nm的胶体,测定去有机质前后土壤胶体比表面;并用猪粪中提取的胡敏酸与上述5种土壤胶体相作用,由泥炭中提取的胡敏酸与蒙脱石、伊利石、高岭石相作用,测定其复合胶体的比表面;研究了粘粒矿物类型和胡敏酸对土壤胶体比表面的影响。结果表明,土壤胶体比表面大小与其所含主要粘粒矿物类型密切相关。5种土壤胶体比表面大小为:黑土>黄棕壤>黄绵土>红壤>砖红壤。砖红壤胶体去游离氧化铁后,胶体比表面明显降低;但黄棕壤胶体去游离氧化铁后比表面反而增加。有机质对土壤胶体比表面的影响因土壤类型不同而异,去除有机质后,黑土、黄绵土和黄棕壤胶体的比表面增加;而红壤、砖红壤胶体的比表面无明显变化。黑土和黄棕壤胶体与猪粪胡敏酸复合后,比表面降低;而砖红壤胶体与猪粪胡敏酸复合后反而增加。泥炭胡敏酸与蒙脱石、伊利石胶体复合后比表面降低;而高岭石却增加。     

硼的吸附-解吸对土壤表面性质的影响

对三种不同类型土壤———棕红壤、黄棕壤、灰潮土在特定条件下的电荷零点(PZC) :ck—PZC(无硼 )、ads—PZC(硼吸附 )和des—PZC(硼解吸 )的研究发现 ,棕红壤和黄棕壤的ads—PZC与其ck—PZC相比 ,都有较为明显的下降。灰潮土 ,由于本身碳酸盐的缓冲作用 ,其ads—PZC与ck—PZC几乎相等。在硼吸附发生后 ,3种供试土壤的des—PZC较之它们的ads—PZC ,改变甚小 ,但这时灰潮土却保持强劲吸附电位离子的趋势 ,其吸附H 离子数量是棕红壤和黄棕壤的 2倍 ,表明在灰潮土上 ,原先被土壤胶体吸附的硼这时才显示利于电位离子的吸附。研究还表明 ,硼在酸性土壤中的吸附会引起 1 0倍量的质子的吸附     

土壤对镉的吸附与解吸——Ⅰ.土壤组份对镉的吸附和解吸的影响

采用选择溶解法研究了有机质、游离铁、无定型硅、铝等土壤组份对青黑土、黄棕壤、红壤和砖红壤胶体吸附和解吸Cd的影响。结果表明,去除有机质后胶体吸附Cd减少,这可能是由于交换吸附的减少所致;游离铁的去除使得黄棕壤、红壤和砖红壤的吸附量显著减少,显示了在这些土壤中游离氧化铁专性吸附的重要性;随着无定形铝含量的上升,吸附量下降,这是因为铝离子占据了高能量的吸附位。经不同处理后的土壤胶体,其Cd的解吸顺序(解吸%)大致为:去无定型硅、铝者>去游离铁者>去有机质者>原胶体,但在不同土壤和不同pH条件下该顺序略有差别。研究结果为控制和改造土壤Cd污染提供了理论依据。     

应用Multi-Langmuir模型评价土壤的表面电荷特性

用返滴定技术测定土壤的可变电荷量(Qv),应用Muti-Langmuir模型评价土壤的表面电荷特性。结果表明,黄壤和黄棕壤可变电荷量的变化范围在0～45cmolkg-1,红壤为0～21cmolkg-1,砖红壤和赤红壤为0～14cmolkg-1。可变电荷量(Qv)依赖土壤悬液的pH,3点位模型能很好地描述6种土壤的可变电荷量随pH的变化关系;黄壤、黄棕壤、湖南红壤、江西红壤、赤红壤和砖红壤的pK1分别为4.45、4.46、4.76、4.62、4.66和4.74,可变电荷量Qv1分别为11.7、9.64、9.31、7.14、4.86和5.95cmolkg-1。黄壤和黄棕壤pK1较红壤、砖红壤和赤红壤约低0.3。pK1与ZPC呈现极显著的线性关系,可变电荷量(Qv(i))与有机质含量呈极显著的正相关。     

中国土壤胶体研究——ⅥⅡ.五种主要土壤的粘粒矿物组成

粘粒矿物对土壤特性和肥力的意义是众所周知的。土壤胶体的特性主要决定于粘粒矿物的类型及其数量。随着土壤科学研究的进展,粘粒矿物组成的分析工作,已由定性分析逐渐进入到定量分析。在粘粒矿物的鉴定中,X射线分析是一个很重要的手段,也有用来进行粘粒矿物的定量分析,但由于不同土壤中的矿物结晶程度差异很大,所以侧定的准确性较差。因此,在土壤粘粒矿物分析方面,X射线一般只能作为定性和半定量之用,其分析结果往往用“主导”“伴随”“较多~较少”等术语来表示。目前这种表示粘粒矿物组成的方法已不能满足研究工作的需要,何况不同学者的判读标准又很难一致。     

草萘胺在五种土壤及其胶体上的吸附行为

土壤胶体是土壤中颗粒最细小的部分,由于具有巨大的比表面积和较高的吸附容量,是环境中污染物的重要吸附剂,直接影响到污染物的归趋和生物有效性.本文采用批次吸附试验的方法,研究了农药草萘胺在黄棕壤等5种土壤及土壤胶体上的吸附行为.结果表明,草萘胺在供试土壤及胶体上的吸附均能很好地符合Freundlich方程;与本体土壤相比,...     

不同pH条件下黄壤胶体凝聚的动态光散射研究

土壤胶体的凝聚或分散紧密地联系着许多环境问题,并受胶体表面电荷性质的调控.以黄壤为实验材料,利用动态光散射技术研究pH作用下该可变电荷胶体颗粒的凝聚动力学.结果发现:土壤胶体的凝聚与否强烈依赖于pH.不同浓度HNO3和KOH诱发的土壤胶体凝聚均表现出慢速和快速凝聚特征,在快速凝聚中,HNO3作用较KOH作用的黄壤胶体平均凝聚速率更高、变化更快,表明表面电荷中和诱发的凝聚远大于压缩双电层诱发的凝聚.通过快速平均凝聚速率变化的反转点对应的pH,估计电荷零点(Zero pointof charge,ZPC),提供了一个实验测定ZPC的新方法.