恒电荷土壤胶体对Cu2+ 、Pb2+ 的静电吸附与专性吸附特征

供试土壤胶体对Cu2 、Pb2 的吸附强度用pH50 值表示 ,其大小次序为 :土 >黄绵土、黑垆土 >黄褐土。离子强度实验和表面络合反应机制证明恒电荷土壤胶体对Cu2 、Pb2 的吸附含有专性吸附 ,n值可作为判断专性吸附与静电吸附比例的特征值 ,低pH值时 ,以水解 -络合吸附为主 ;高pH值时 ,以水解 -络合与沉淀吸附为主。静电吸附和专性吸附的比例与pH有关 ,各土壤胶体专性吸附百分数大小为 :黄褐土 >土 >黑垆土 >黄绵土。不同土壤胶体在同一介质中对Cu2 、Pb2 的固有络合常数logKintM 值及固有络合ΔG m 负值大小次序与吸附强度大小一致。在定pH定浓条件下 ,考虑离子之间的相互作用时 ,土壤胶体对重金属离子的吸附过程可用BDM等温式描述。供试土壤胶体对Cu2 、Pb2 专性吸附ΔG m 的大小与固有络合ΔG m 接近且大小次序也一致。     

不同pH下有机酸对针铁矿和膨润土吸附Cd2+、Pb2+的影响

用平衡吸附法研究了不同pH下,三种有机酸(乙酸、酒石酸和柠檬酸)对针铁矿和膨润土等温吸附Cd2 、Pb2 的影响。结果表明:在加入的Cd2 、Pb2 浓度分别小于0.2 mmol L-1和4.0 mmol L-1时,针铁矿和膨润土吸附平衡体系的pH随加入重金属浓度的增加而降低,膨润土体系的pH降低更明显。在有机酸作用下,pH对针铁矿和膨润土吸附Cd2 、Pb2 的影响差异显著。3酒石酸>乙酸,其对膨润土吸附的影响差异不明显。     

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     

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。     

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。     

酸性条件下H+Ca2+在红壤表面反应的能量特征

用自行设计的动力学装置研究了酸性条件下H -Ca2 在红壤表面的反应动力学能量特征。结果表明 ,酸性条件下Ca2 吸附分为快反应和慢反应。用一级动力学方程拟合的Ca2 最大吸附量随酸度增加显著下降 ,随温度升高提前达到平衡。用双常数方程描述Ca2 在吸附点位能量分布的不均匀性 ,用扩散速率常数计算的活化能 (Eb )随酸度的增加而增加 ,Ca2 扩散需克服的能障加大 ;ΔH 值为正 ,温度升高可促进Ca2 的扩散 ;ΔS 值均为负 ,说明吸附反应使体系有序度增加。原液pH为 4 .5和 5 .6时 ,流出液的pH急剧下降 ,H 表观释放量用一级动力学和双常数方程拟合为最佳模型 ,其次是Elovich方程、扩散方程和零级方程 ;pH5 .6处理时H 、Al3 扩散进入溶液克服的能障比pH 4 .5处理的小 ,后者质子扩散需热能较大而不易进行 ;H 扩散活化焓变为正 ,其扩散是吸热过程。pH 3.5时流入液比流出液的pH高 ,是由于土壤的缓冲作用、土壤表面质子化和硫酸根专性吸附释放羟基 ;当溶液中H 超过一定数量后 ,向颗粒表面扩散的H 量比向外释放的多 ,反应初期的H 消耗是快反应过程。H 消耗的活化能及热焓比其释放的低 ,更有利于H 的吸附 ,因H 对矿物的溶蚀成为速率控制步骤 ,H 对矿物的溶解可用扩散方程和Elovich方程描述     

Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在红壤胶体和非胶体颗粒上吸附的比较

研究了湖南长沙和海南昆仑的2种红壤胶体和非胶体的矿物组成、阳离子交换量(CEC)及Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在土壤胶体和非胶体颗粒表面的吸附行为,以明确红壤胶体对土壤表面化学性质的贡献。X射线衍射分析结果表明,两种红壤胶体的矿物组成均以次生矿物为主,次生矿物又以1∶1型高岭石所占比例最高。土壤非胶体颗粒中石英等原生矿物含量较高。土壤铁铝氧化物主要富集在土壤胶体部分,土壤胶体颗粒中游离氧化铁和游离氧化铝含量明显高于非胶体颗粒,如湖南长沙红壤胶体颗粒游离氧化铁的含量为78.03 g kg~(-1),而非胶体颗粒中仅为9.93 g kg~(-1)。土壤胶体颗粒的CEC显著高于非胶体颗粒部分,2种红壤胶体的CEC约为非胶体的12倍。等温吸附实验结果表明,土壤胶体颗粒对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)与Cd(Ⅱ)的最大吸附量和吸附亲和力均显著大于非胶体颗粒,湖南红壤胶体对3种重金属的吸附量大于海南红壤胶体,与土壤胶体的矿物组成和CEC大小一致。Cd(Ⅱ)在红壤胶体和非胶体颗粒表面主要发生静电吸附,而静电吸附和非静电吸附两种机制均对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附有重要贡献。     

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     

低分子量有机酸对胶体矿物吸附酸性磷酸酶和牛血清白蛋白的影响 Ⅰ.乙酸的影响

研究了不同pH和乙酸浓度下 ,乙酸对酸性磷酸酶和牛血清白蛋白 (BSA)在土壤胶体、矿物表面吸附的影响。结果表明 ,在pH 2～ 8的乙酸体系中 ,酸性磷酸酶和BSA在胶体矿物表面的最大吸附pH值一般出现在蛋白的等电点和矿物的电荷零点 (PZC)之间。各土壤胶体和粘粒矿物对酶和BSA的吸附量大小顺序为 :针铁矿 黄棕壤 >砖红壤 >高岭石 >二氧化锰。乙酸浓度对蛋白分子在胶体矿物表面的吸附量和吸附结合能具有较显著影响 ,在 0～ 2 0 0mmolL- 1范围 ,随着乙酸浓度的增加 ,蛋白吸附量呈现出先升高 ,后降低 ,再稳定的趋势 ,而吸附结合能的变化与此相反。本文还就乙酸对酶和BSA吸附影响的可能机理进行了初步探讨。     

氟离子、磷酸根和铬酸根在可变电荷土壤表面吸附过程中羟基释放动力学

用恒pH自动电位滴定装置研究了氟离子(F-)、磷酸根(H2PO4-)和铬酸根(CrO42-)在3种可变电荷土壤表面吸附过程中羟基(-OH)释放的动力学。研究结果表明,3种阴离子在可变电荷土壤表面吸附时-OH释放量的大小顺序为:F->>H2PO4->CrO42-,这与土壤对3种阴离子吸附量的大小顺序一致。pH对不同阴离子体系中-OH释放的影响不同,在F-体系中,pH5.0时-OH释放量最高,其次为pH6.0时,pH4.0时-OH释放量最小;CrO42-体系中-OH释放量随pH的增加而减小;pH对H2PO4-体系中-OH释放的影响较小。Elovich方程(Y=a kln(t))能够很好拟合2～60min之间的动力学数据,说明-OH释放的速率随时间增加而减小。比较速率常数k的大小可以发现,虽然F-体系中3种可变电荷土壤在前2min释放的-OH量有很大差异,但在2～60min内,-OH释放速率差别不大。在H2PO4-和CrO42-体系中,-OH释放速率的大小顺序是:昆明砖红壤>徐闻砖红壤>江西红壤,与土壤铁、铝氧化物含量一致。     

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     

Adsorption Kineties of Pb(2+) and Cu(2+) on Variable Charge Soils andMinerals V .Effects of Temperature and Ionic Strength

The study results of the effects of temperature and ionic strength on the adsorption kinetics of Pb2+ and Cu2+ by latosol, red soil and kaolinite coated with Mn oxide showed that Pbr" and Cur" adsorption by all samples, as a whole, increased with raising temperature. Temperature also increased both values of Xm (the amount of ion adsorbed at equilibrium) and k (kinetics constant) of Pb2+ and Cu2+ The activation energies of Pb2+ adsorption were kaolin-Mn>red soil>goethite and those of Cu2+ were latosol>red soil>kaolin-Mn>goethite. For a given single sample the activation energy of Cu2+ was greater than that of Pb2+. Raising ionic strength decreased the adsorption of Pb2+ and Cu2+ by latosol, red soil and kaolinite coated with Mn oxide but increased Pb2+ and Cu2+ adsorption by goethite. The contrary results could be explained by the different changes in ion forms of Pb2+ or Cu2+ and in surface charge characteristics of latosol, red soil, kaolin-Mn and goethite. Increasiclg supporting electrolyte concentration in-creased Xm and k in goethite systems but decreased and k in kaolin-Mn systems. All the timedependent data fitted the surface secondorder equation very well.]     

有机酸对针铁矿和膨润土吸附Cd2+、Pb2+的影响

用平衡吸附法研究了不同浓度的有机酸（乙酸、酒石酸和柠檬酸）对针铁矿和膨润土吸附Cd^2＋、Pb^2＋的影响。结果表明：（1）低浓度（〈0．6mmolL^-1）有机酸促进供试矿物吸附Cd^2＋和Pb^2＋，随着有机酸浓度增加，吸附逐渐被抑制。高浓度（〉1．0mmolL^-1）有机酸对Pb^2＋吸附的抑制作用比对Cd^2＋的强。有机酸浓度的变化对针铁矿Cd^2＋、Pb^2＋吸附率的影响大于对膨润土的。（2）不同Cd^2＋浓度下，有机酸对膨润土Cd^2＋吸附强度的影响大于针铁矿。加入高浓度Cd^2＋（8．0mmolL^-1）时，低浓度有机酸对膨润土吸附Cd^2＋的促进作用比加入低浓度Cd^2＋（0．4mmolL^-1）时明显，高浓度有机酸对膨润土吸附Cd^2＋的抑制作用与低浓度Cd^2＋时相近。（3）低浓度有机酸（〈0．6mmolL^-1）时，酒石酸、柠檬酸对针铁矿吸附Cd^2＋的促进作用大于乙酸，而它们对膨润土吸附Cd^2＋的促进作用相似；在三种有机酸高浓度（〉1．0mmol L^-1）时，针铁矿对Cd^2＋的吸附都趋于稳定，而柠檬酸对膨润土吸附Cd^2＋的抑制作用比乙酸和酒石酸的明显。不同种类有机酸下，矿物对Pb^2＋吸附率大小的变化基本一致。     

凹凸棒石吸附铜离子的机理

A single-factor experiment of copper ion adsorption on pure palygorskite was carried out to understand the Cu^2 sorption of palygorskite-an important clay mineral in soil and sedimentary rock. In addition, pH of the solution and the surface microstructure of palygorskite were investigated before and after adsorption. The experimental results indicated that efficiency of Cu^2 removal was related to the oscillation rate of the specimen shaker, sorption time, initial pH value and the amount of adsorbent added. Palygorskite induced Cu^2 hydrolysis and interaction between copper hydroxide colloids and palygorskite surfaces, as observed with transmission electron microscopy (TEM), were the main contributions to palygorskite removal of Cu^2 . This mechanism was different from adsorption at the mineral-water interface. It was proposed that surface hydrolysis of palygorskite raised the alkalinity of the palygorskite-water interface and suspension system. Thus, the induced pH of the solution was then high enough for Cu^2 hydrolysis on the mineral surface and in solution.     

土壤对铜离子的专性吸附及其特征的研究

供试土壤专性吸附铜的等温线均符合Langmuir方程。红壤吸附量最低,砖红腹与黄泥土最大吸附量相近,但在铜浓度低时砖红壤吸铜量远低于黄泥土,而在高浓度则反之。土壤专性吸附铜是在溶液中Na⁺浓度比Cu²⁺高8.3—100倍条件下,Na⁺离子仍不足以与之竞争的那些专性吸附点所吸持的铜。按其解吸条件区分为松结合铜(可为N NH₄Cl解吸)和紧结合铜(仅能为0.1 N HCl解吸)两种。紧结合铜受平衡溶液铜浓度影响很小,所占据的吸附点对Cu²⁺有较强亲和力。松结合铜则随平衡铜溶液浓度增大而增加,符合Langmuir方程。对于砖红壤和黄泥土,在铜浓度低时紧结合铜>松结合铜;浓度高时则反之。红壤专性吸附铜始终以松结合铜为主。三种土壤比较,紧结合铜是砖红壤>黄泥土>红壤;松结合铜则是黄泥土>砖红壤>红壤。造成这些差别的原因可能与土壤性质、氧化物、有机质和粘土矿物组成等不同有关。用平衡法研究三种土壤专性吸附铜在不同浓度NH₄Cl和HCl溶液中的解吸表明,可进一步区分为三或四种不同的结合状况。红壤对铜吸附容量最小,且最易解吸。     

水洗处理对秸秆生物质炭吸附解吸Cd2+和Pb2+的特性影响

水洗处理在不影响生物质炭性质的前提下,可以去除附着在其表面的热解副产物,从而保证对重金属离子的去除能力。以小麦和玉米秸秆为原料,比较两种秸秆类生物质炭对溶液Cd2+和Pb2+的吸附解吸特点及其水溶性盐分含量的影响。结果表明,小麦和玉米秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附过程均更好地符合准二级动力学方程和Langmuir方程。小麦秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的最大吸附量达12.82 mg g?1和9.91 mg g?1,为玉米秸秆吸附量的1.31 ~ 1.76倍和1.06 ~ 1.53倍。洗脱水溶性盐分可以降低生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附,水洗后小麦秸秆和玉米秸秆生物质炭对Cd2+的最大吸附量分别降低42.36%和60.13%,对Pb2+的最大吸附量分别降低29.47%和62.72%。水洗处理提高了两种秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的解吸率,其中小麦秸秆生物质炭提高幅度较大,由原来对Cd2+的解吸率为1.84% ~ 13.05%提高到7.88% ~ 20.19%,对Pb2+的解吸率为1.57% ~ 11.82%提高到6.34% ~ 16.94%。因此,可溶性盐分在秸秆生物质炭吸附Cd2+和Pb2+的过程中具有重要作用,该研究结果将为制备高效修复重金属污染土壤的生物质材料提供技术支撑。     

羟基磷灰石对铅锌矿区土壤吸附Zn2+、Cd2+的影响

为探究羟基磷灰石(HAP)对矿区土壤重金属的固化效果,采用吸附试验,研究施加HAP的铅锌矿区土壤对Cd~(2+)、Zn~(2+)的动力学吸附和等温吸附效果。结果表明:土壤对Cd~(2+)、Zn~(2+)的吸附量随Cd~(2+)、Zn~(2+)初始浓度的增加而增加;在酸性条件下,其吸附量随pH上升而上升;准二级动力学方程能很好地描述两者的吸附过程,土壤吸附能力随HAP的添加量增大而增强;在Zn—Cd共存体系中,当初始浓度为20mg/L时,土壤对Zn~(2+)、Cd~(2+)的吸附无明显差异,2种金属离子竞争力度小,随着初始浓度上升,竞争明显,对Zn~(2+)的最大吸附量能达到单一体系中的79%～87%,而Cd~(2+)的最大吸附量只有单一体系中的57%～72%,Zn~(2+)的竞争力优于Cd~(2+),Zn~(2+)对Cd~(2+)吸附产生严重的抑制。综上可知,HAP能提高矿区土壤的吸附性能,在Zn、Cd污染土壤中,更能提升土壤对Zn~(2+)的吸附固持能力。     

有机修饰改性土对镉离子的吸附及温度效应

主要研究了以不同比例十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)单一修饰和十六烷基三甲基溴化铵 十二烷基磺酸钠(CTMAB SDS)混合修饰的土耕层、黏化层土样对重金属镉离子的吸附。结果表明:吸附量顺序分别为耕层原土(GCK) >CTMAB5 0 %修饰改性土(5 0GCB) >CTMAB10 0 % SDS2 0 %修饰改性土(12 0GCS) >CTMAB10 0 %修饰改性土(10 0GCB)和粘化层原土(NCK) >CTMAB5 0 %修饰改性土(5 0NCB) >CTMAB10 0 %修饰改性土(10 0NCB) >CTMAB10 0 % SDS2 0 %修饰改性土(12 0NCS)的顺序,表明以表面修饰剂修饰土表面,确实存在着使得镉离子吸附能力减弱的趋势,但并未使修饰改性土完全丧失对于镉离子的吸附能力;吸附等温线可以用Langmuir方程描述;热力学参数的研究表明Cd2 吸附反应是熵增控制的自发性过程,但在探讨吸附自发性和最大吸附量关系时应考虑土壤本身的容量性质。机理研究认为,表面修饰剂对土壤表面的修饰改性是不均匀的,阳离子交换吸附和疏水键键合两种机制的竞争性吸附是修饰改性土壤依然具有对镉离子吸附作用的原因。土耕层各改性土样对Cd2 吸附的温度效应明显高于粘化层土样,证实了耕层对镉离子的化学吸附作用强于粘化层的结果