碱金属离子在蒙脱石-Cu2+表面吸附的离子特异性

研究离子交换中的离子特异性效应有助于揭示离子-带电表面相互作用机制。以蒙脱石Cu2+饱和样为研究对象,采用恒流法研究不同浓度碱金属离子Li+、Na+和K+的吸附动力学过程,并建立1︰1型(LiNO3、NaNO3、KNO3)电解质溶液中离子平衡吸附量与体系吸附活化能之间的关系。结果发现:(1)Li+、Na+和K+在蒙脱石-Cu2+表面的吸附过程仅呈现出弱静电力作用下的一级动力学特征,并存在明显的离子特异性效应。(2)离子非经典极化作用与体积效应共同决定了离子在双电层中的位置,从而导致表面电位存在差异;并且表面电位(绝对值)随着电解质浓度降低而增加,表现为Li+>Na+>K+。(3)根据新建立的模型可预测吸附离子在双电层中的位置,进而求出体系的吸附活化能,并发现离子特异性效应产生的根本原因是由活化能决定的,同时本研究表明建立的新模型在固/液界面反应中具有普适性。本研究将对固/液界面反应理论的完善提供新思路。     

蒙脱石表面碱金属离子的亚稳平衡吸附及其特异性效应

离子吸附的亚稳平衡是描述离子交换吸附中实际反应平衡特征及限度的重要理论范式。本研究旨在从理论上推导离子吸附的亚稳态平衡模型,建立离子平衡吸附量与活化能之间的数学关系,探讨碱金属离子亚稳平衡吸附的特异性效应。结合恒流混合置换技术及基于表面静电场理论的离子吸附动力学模型,探究了钾离子(K⁺)、钠离子(Na⁺)、锂离子(Li⁺)三种碱金属离子在铯离子(Cs⁺)-蒙脱石饱和样表面可能存在的亚稳平衡吸附作用;通过开展K⁺、Na⁺和Li⁺在Cs⁺-蒙脱石表面的吸附动力学实验,对理论模型进行验证。研究结果表明：(1)K⁺、Na⁺、Li⁺在Cs⁺-蒙脱石饱和样表面表现出显著的亚稳平衡吸附特征,交换离子的吸附活化能(能量势垒)来源于吸附态Cs⁺的解吸过程;(2)相同离子浓度条件下,表面静电场引起的离子强极化作用导致各离子的...     

蒙脱石纳米颗粒聚集中的离子特异性效应

原子力显微镜(AFM)是一种研究颗粒聚集与黏附力比较直观的显微工具。运用原子力显微镜观察测定了几种碱金属氯化盐溶液处理的蒙脱石颗粒在风干条件下的形貌图和黏附力。结果发现,蒙脱石颗粒聚集存在明显的离子特异性效应。在50 mmol L~(-1)的高浓度条件下,CsCl体系中蒙脱石颗粒聚集的高度、直径以及针尖与颗粒的黏附力均存在离子特异性效应,其序列满足LiClNaClKClRbClCsCl。在10 mmol L~(-1)的低浓度条件下,除Cs~+处理蒙脱石高度为2~10 nm,其余高度均为1~2 nm的单粒,离子特异性效应不明显。影响颗粒聚集中的离子特异性效应的主要因素为离子体积和量子涨落效应,在低浓度下量子涨落和体积效应作用弱,因此聚集行为差异不明显;在高浓度下离子体积和量子涨落贡献大,导致了不同离子体系下颗粒聚集体以及与针尖的黏附力差异增大。     

土壤离子吸附：3.离子吸附的动力学

介绍了土壤离子吸附研究的一次平衡法，混合置换技术和压跳法，论述了主要动力学方程的适用条件及其在离子吸附方面的应用。     

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     

连续解吸中离子强度对可变电荷表面吸附性铜离子解吸的影响 ：高岭石

为了解连续性解吸对可变电荷表面吸附性铜离子解吸的影响,研究了高岭石在去离子水和0.1 mol L~(-1) NaNO_3溶液中吸附铜离子后,依次在去离子水以及浓度由低到高的NaNO_3溶液中连续解吸时,离子强度变化对不同pH段铜离子解吸的影响。结果表明:在去离子水中和不同浓度NaNO_3中解吸吸附性铜离子时,pH-解吸分值曲线的变化趋势完全不同。在去离子水中解吸时可出现重吸附现象,而在NaNO_3中解吸时出现解吸峰现象。高岭石pH-铜离子解吸分值曲线的拐点pH与pH吸附有着对应关系,且pH特征与高岭石pH0关系密切。离子强度变化导致的吸附表面电位变化、高岭石边面的诱导水解作用和土壤表面电荷性质随pH升高的变化被认为是导致这些现象的原因。     

低浓度非离子表面活性剂对甲基对硫磷在沉积物上吸附行为的影响

用振荡平衡方法,研究了非离子表面活性剂Brij30、Tween-80在沉积物上的吸附行为及其对甲基对硫磷在两种沉积物上吸附的影响。结果表明,Brij30、Tween-80在两种沉积物上的吸附等温线均符合S型吸附方程;Brij30、Tween-80主要通过在沉积物矿物表面的吸附与积聚和在有机质中的分配而吸附。Brij30 Tween-80加入浓度低于CMC时,甲基对硫磷在沉积物的吸附量减少,这是Brij30、Tween-80分子与甲基对硫磷分子在沉积物表面争夺活性吸附点位的结果;Brij30、Tween-80加入浓度大于CMC时,表面活性剂在沉积物表面形成的表面胶束对甲基对硫磷的吸附作用及表面活性剂对沉积物胶体的分散作用,使甲基对硫磷在沉积物上的吸附增加。     

基于Gouy-Chapman理论估算碱金属离子在Cu2+-蒙脱石表面Hofmeister能

Hofmeister效应在离子交换吸附过程中具有重要的科学意义。本研究基于Gouy-Chapman理论研究三种碱金属阳离子（Na+、K+、Cs+）在Cu2+-蒙脱石饱和样表面吸附过程的Hofmeister效应,进一步计算了离子-表面Hofmeister能以及表观电荷系数。研究发现：（1）Na+ 、K+ 、Cs+在Cu2+-蒙脱石表面的吸附均表现为弱静电力作用下的一级动力学过程, 平均吸附速率以及平衡吸附量均表现出明显的Hofmeister效应,呈现出Na+ < K+ < Cs+的趋势;（2）Hofmeister能随着电解质浓度的降低而增加,在Cs+-粘土矿物相互作用中,Hofmeister能为主要贡献者,在K+/Na+-粘土矿物相互作用,经典库伦能中为主要贡献者;（3）非经典极化作用显著增大了离子的表观电荷系数,Na+、K+、Cs+的表观电荷系数分别从标准的+1值增加为+1.14、+1.76和+2.78。本研究明确了Hofmeister效应主要来源于离子的非经典极化作用引起的离子与表面相互作用能的差异,为阐明土壤这一特殊体系的界面反应机制提供了新的思路。     

离子专性吸附对可变电荷土壤的动电学性质的影响

Studies were carried out by using electrophoretic method on the effects of the specific adsorption of the anions,such as SO4^2-,PO4^3-,and F^- ions,the cations,such as Ca^2 ,Mn^2 ,Zn^2 ,and Cu^2 ,ions,and the anions and cations coexisting,such as Zn^2 and SO4^2= ions,on electrokinetic properties of the red soils as typical variable charge soils in China concerning variation in the specific ion species and concentrations,with an emphasis on the interaction between soil colloid surfaces and the ions in soil solutions.The results showed that the adsorption of specific ions led to a very pronounced decrease in zeta potentials of the soil colloids and a shift of the IEPs to lower values for specific anions,and an obvious increase in zeta potentials of the soil colloids and a shift of the IEPs to higher values for specific cations.Under circumstances of the specific anions and cations coexisting,for instance,Zn^2 and SO4^2- ions,the zeta potentials changed with values higher than the value for SO4^2- alone and lower than that for Zn^2 alone,and the IEP was between that for Zn^2 and that for SO4^2-.The adsorption of Zn^2 and Cu^2 ions resulted in a reversal of the zeta potentials,and appearance of two IEPs for Zn^2 and no IEP for Cu^2 ,exhibiting interesting special effects of these kinds of metal ions.The higher the concentrations of the ions,the greater the change of the electrokinetic properties.     

离子界面行为在土壤有机无机复合体形成中的作用

土壤有机物质与土壤矿物质表面之间的相互作用普遍存在,有关土壤有机无机复合体形成理论的研究倍受关注,土壤有机质与矿物质结合的紧密程度直接关系到土壤碳库的稳定性,在环境科学与农业资源利用领域有重要意义。但关于土壤有机无机复合体形成机制还不完善,土壤宏观、介观及微观各尺度间的作用机制未能衔接。本文综述了土壤有机无机复合胶体的形成(形成学说、作用机制与影响因子)及此过程中离子的界面行为;系统地梳理了离子在土壤有机无机复合体形成中的作用机制;回顾了土壤有机无机组分相互作用的研究方法;最后强调了离子特异性效应在土壤有机无机复合体形成中的作用,特别是化合价相同的不同离子对土壤系统的性质与过程具有不同的影响。即离子电子层数和外层电子排布的微小差异在土壤表面附近的强电场中被放大,通过极化作用提高离子的有效电荷,增强离子所受的库仑作用力。离子的有效电荷数可以定量表征该土壤胶体复合过程中界面上离子作用的强弱程度。结论不断完善土壤有机无机复合体形成理论,为土壤培肥和污染土壤修复提供理论依据,对促进土壤有机无机复合体环境化学和微粒污染物迁移动力学的研究具有重要的科学意义与实践意义。     

非对称混合电解质体系中恒电荷颗粒表面与Stern电位的测定

双电层中的电位对研究土壤颗粒相互作用、土壤中营养元素的有效性等有着重要意义。本文建立了一种测定表面和Stern面电位的新方法,当考虑离子在强表面电场中的极化作用时,准确描述了Stern面电位;当考虑离子空间位阻与极化作用的耦合时,获得了颗粒的表面电位。结果发现:只有作为点电荷的H+(无空间位阻和极化作用)才能作为信号传输表征带电颗粒表面性质,测得的表面电位约为Stern面电位的5倍;从电位分布来看,Stern层中的电位服从线性下降,而扩散层中服从Boltzmann分布,且Stern层的下降速度远远大于扩散层中电位下降速度。     

褐煤基材料对Cd~(2+)的吸附机制

为筛选稳定、高效、环境友好的重金属污染修复材料,利用批吸附试验研究了不同温度下褐煤、腐植酸、活性炭对镉(Cd~(2+))的吸附特征,采用非线性χ~2检验辅助决定系数判断等温线模型拟合度,用红外光谱对材料功能团进行了识别。结果表明,Temkin模型能最好拟合3种材料对Cd~(2+)的等温吸附过程,Langmuir和Freundlich模型也能较好拟合但与温度有关。吸附热力学参数表明,3种材料对Cd~(2+)的吸附为优惠发生的物理吸附,并且是自发的吸热过程,3种材料与Cd~(2+)之间均有较强的作用力。在温度294.55~313.15 K时腐植酸、褐煤和活性炭对Cd~(2+)的最大吸附量分别为36.14~44.09、29.63~38.20 mg·g~(-1)和21.04~30.34 mg·g~(-1),吸附量随温度升高而升高,吸附自由能随着温度升高而降低,说明升温吸附更容易发生。准二级动力学拟合数据最好,表明3种材料对Cd~(2+)的吸附存在着化学过程。褐煤基活性炭和褐煤基腐植酸具有丰富的孔隙结构。红外光谱图表明腐植酸和褐煤较大的吸附量与其含氧功能团种类较多以及在波数2 360 cm~(-1)和2 342 cm~(-1)附近吸收峰有关。因此,褐煤基3种材料对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程,腐植酸对Cd~(2+)的最大吸附量和吸附能力最大,用Temkin等温方程和准二级动力学曲线能最适宜描述褐煤基材料对Cd~(2+)的吸附特征。     

pH对砖红壤和黄棕壤Cu~(2+)吸附与解吸的影响

对砖红壤和黄棕壤在不同浓度、不同pH下吸附和解吸Cu2+进行了测定。结果表明, 2种土壤Cu2+吸附量均随平衡液中Cu2+浓度增加而增大,两者关系较好地符合Langmuir吸附方程。Cu2+吸附量随pH升高而增加,Cu2+分配系数的对数与pH呈极显著的线性正相关,吸附一个Cu2+所释放H+的平均数砖红壤(1. 19)大于黄棕壤(1. 01)。可解吸Cu2+的数量随pH升高和吸附Cu2+的数量增加而增加,在pH4~6下,黄棕壤吸附Cu2+及可解吸Cu2+的比例(平均为10. 5% )大于砖红壤(平均为3. 1% )。由此认为, 2种土壤吸附Cu2+虽以专性吸附为主,但砖红壤的表面吸附点位较少,专性吸附点位的比例较高,对Cu2+的亲和性或专性吸附性大于黄棕壤。     

低分子量有机酸对可变电荷土壤和矿物表面化学性质的影响

低分子量有机酸是土壤中广泛存在的,它们参与土壤中许多化学过程,在营养元素活化、解铝毒和矿物风化等方面发挥重要作用。本文综述了可变电荷土壤和矿物对低分子量有机酸的吸附及这类有机酸对土壤的表面电荷、动电性质和土壤吸附无机阴、阳离子的影响,为从事相关研究工作的同志提供参考。     

黄棕壤中活性有机碳对Cu吸附的影响

通过盐酸酸化法来去除4种不同利用方式黄棕壤的活性有机碳（AOC）,得到相对稳定的有机碳土壤,用于研究去除活性有机碳前后对Cu2＋吸附行为的影响。结果表明,黄棕壤去除有机碳前后,对Cu2＋吸附量与平衡液浓度的关系符合Langmuir方程和Freundlich方程,其拟合都呈现极显著相关（P〈0.01）,去除AOC后,黄棕壤各层次对Cu2＋的最大吸附量明显降低,是原土Cu2＋最大吸附量的10%～30%。盐酸酸化法对4种不同利用方式的黄棕壤有机碳的去除率为30%～75%,对Cu2＋吸附的减少率为54%～86%。去除活性有机碳前后,有机碳含量与对Cu2＋的吸附量都呈显著线性相关。土壤有机碳的去除率与对Cu2＋吸附的减少率间相关性达到极显著水平。     

含盐量对土壤的水汽吸附及土壤水能量状态的影响

以甘肃景电灌区盐化土壤为对象用水汽平衡吸附法就盐分对土壤的水汽吸附和土壤水能量状态的影响进行了研究 .结果表明盐分显著增加了土壤水汽吸附量 ,水汽饱和度为 98%的情况下 ,含盐量为 1 0 .772 g/kg和 1 2 .887g/kg的两个土壤的水汽吸附量分别达到了 1 9.4 5 %和 2 5 .34 % .水汽饱和度大于65 %左右时水汽吸附有一个明显的转折点 ,.水汽饱和度大于 65 %时水汽吸附量主要受含盐量影响 ,而当饱和度小于 65 %时则主要受物理性粘粒含量的影响 .盐分非常显著地降低了土壤的水势 ,可以用盐化土样的水势与脱盐处理土样的水势估算盐化土样的渗透势 .估算结果表明在低水势段以及在相当大含水量范围内盐化土壤因盐分浓度所产生的渗透势的绝对值远大于基质势的绝对值