原子力显微镜研究Pb2+在黑云母表面吸附的形貌

吸附行为是土壤中最常见、最重要的物理、化学现象之一.已有研究主要涉及土壤及不同组分对离子吸附容量的大小、吸附形态、吸附动力学等.由于测试手段的限制,关于被吸附态离子在土壤固相表面的形貌少有报道.随着表面测试技术及纳米技术的发展,原子力显微镜(AFM)被应用到土壤学领域.此技术是通过测量物体表面和挠性针尖之间的原子力来绘出表面图像.AFM是扫描隧道电镜(STM)的主要拓展,但与STM不同,AFM不仅能观测导体与非导体物质表面结构,还可研究物质表面微观的反应过程^[1,2].     

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     

pH对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在可变电荷土壤表面竞争吸附的影响

在实际的重金属污染体系中往往有多种重金属元素同时存在，当这一污染体系与土壤作用时不同重金属离子对土壤表面存在竞争吸附。Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）是土壤中常见的2种重金属离子，土壤和矿物表面对2种离子的竞争吸附或2种离子吸附亲和力的比较已有一些研究报道。一般认为土壤对Pb（Ⅱ）的吸附亲和力大于对Cu（Ⅱ）的吸附亲和力，但在可变电荷土壤和矿物中情况有所不同。McKenzie的结果表明合成赤铁矿在pH3．0～6．0范围内对Pb（Ⅱ）的吸附亲和力大于Cu（Ⅱ），而针铁矿的结果相反。     

可变电荷土壤中特殊化学现象及其微观机制的研究进展

综述了近年来可变电荷土壤化学研究的进展,着重总结了可变电荷土壤中的盐吸附、铁铝氧化物对土壤自然酸化的抑制作用和离子强度对离子专性吸附的影响等特殊化学现象及其微观机制的研究进展。用颗粒表面扩散层重叠导致有效电荷数量减小的原理解释了盐吸附现象和铁铝氧化物对土壤自然酸化的抑制作用。阐明了可变电荷土壤和矿物中介质离子强度影响离子专性吸附的机制,用四层吸附模型解释了离子专性吸附随离子强度增大而增加的现象,并根据胶体zeta电位随离子强度改变而变化的趋势进一步证明了离子强度增大使胶体专性吸附面上静电电位的绝对值减小,是离子专性吸附随离子强度增大而增加的主要原因。带电颗粒表面双电层结构和双电层相互作用的深入研究,有助于阐明可变电荷土壤中一些特殊化学现象的微观机理,从而进一步完善土壤化学理论。     

铬在土壤中的吸附解吸研究进展

对铬在土壤中的吸附解吸研究进行了综述,土壤中铬的吸附解吸机理包括非专性吸附(离子交换吸附)、专性吸附以及物理表面吸附,分别对pH、氧化还原电位、土壤组分(土壤矿物和有机质)、竞争离子以及离子强度等因素对铬吸附解吸的影响作了论述。文章进一步描述了土壤中铬吸附解吸的数学模型Freundlich方程、Langmuir方程、一级动力学模型、金属-腐殖酸模型(one-sitemodel)和表面络合模型-扩散层模型(DLM)等的研究情况,并对今后的研究方向进行了探讨。     

塿土对阴-非离子表面活性剂的吸附特征研究

以平衡吸附法研究了塿土对阴离子表面活性剂（SDS）、非离子表面活性剂（TritonX-100、Tween80和Brij35）的吸附特征,考察了pH、阴-非离子表面活性剂混合对塿土吸附表面活性剂的影响。结果表明,非离子表面活性剂在塿土上吸附等温线均呈L型,且均符合Freundlich和Langmuir方程;塿土对SDS的吸附等温线呈LS型,可用Freundlich方程来描述;塿土对4种表面活性剂吸附量的大小顺序为Tween80〉SDS〉Brij35〉TritonX-100。当阴-非离子表面活性剂一起进入土壤中,SDS-Brij35之间的相互影响不大;TritonX-100与SDS相互作用较大,无论二者以何种方式混合都会使TritonX-100在塿土上的吸附量增加,SDS的吸附量下降;SDS与Tween80之间的相互作用最大,混合后吸附量均下降,但Tween80吸附量降低的幅度最大。pH对非离子表面活性剂的吸附影响不大,而随着pH的增加,塿土对SDS的吸附百分率明显下降;在pH为8.0时,塿土对非离子表面活性剂的吸附百分率达到80以上。因此在选择合适的表面活性剂进行有机污染土壤修复和治理时,考虑土壤的特性和表面活性剂的结构是非常重要的。     

支持电解质浓度对磷酸根在可变电荷土壤表面吸附和解吸的影响

研究了离子强度对2种可变电荷土壤中磷酸根吸附和解吸的影响。结果表明,当pH分别大于3.7和4.0时,红壤和砖红壤对磷酸根的吸附量随离子强度的增加而增加;当pH分别小于3.7和4.0时,红壤和砖红壤对磷酸根的吸附量随离子强度呈相反的变化趋势。电解质主要通过改变离子专性吸附面上的电位来影响磷酸根的吸附。Zeta电位的测定结果表明,当pH大于土壤胶体的等电点(IEP)时,吸附面上电位为负值,且随离子强度增加数值减小,对磷酸根的排斥力减小,土壤表面对磷酸根的吸附量增加;当pH小于IEP时,吸附面上的电位为正值,它随离子强度增加而减小,不利于磷酸根的吸附。解吸实验的结果表明,吸附于可变电荷土壤表面的磷酸根在去离子水中的解吸量高于0.1 mol L-1NaNO3体系中的解吸量。这同样由于电解质浓度对土壤表面吸附面上的电位的影响所致。     

茶多酚和铜对可变电荷土壤钙镁释放的影响

通过批平衡试验,研究茶多酚、铜和体系pH对可变电荷土壤释放钙镁离子的影响。研究发现,铜离子初始浓度为2.0mmol/L,最终体系pH为5.0时,随着茶多酚添加量的增加,可变电荷土壤表面的负电荷增加,土壤表面释放的钙镁离子量减少。茶多酚初始添加量为20 g/kg,最终体系pH为5.0时,随着铜离子初始浓度的升高,可变电荷土壤对铜离子的吸附量增加,铜离子通过与钙镁离子发生离子交换,形成对吸附位点的竞争,从而增加钙镁离子的释放。茶多酚初始添加量为20 g/kg,铜离子浓度为2.0 mmol/L,随着pH的升高,可变电荷土壤钙镁离子释放量下降。在相同pH条件下,茶多酚可以通过自身的吸附增加可变电荷土壤表面负电荷,减少可变电荷土壤钙镁离子的释放量。研究结果可为茶园土壤酸化和污染控制提供参考。     

有机修饰塿土总酸度和电荷性质的初步研究

土壤表面电荷特性是土壤十分重要的表面特性参数,其不但与土壤溶液中阴阳离子的吸附与解吸具有直接的关系,同时土壤中的离子扩散、土壤有机-无机复合体的形成以及土壤的水分性状在不同程度上也均受到土壤胶体表面电荷性质的影响。近年来国内外开始研究应用阳离子型表面活性剂对黏土矿物或土壤进行修饰,以增大对土壤中有机污染物的吸附能力[1,2],由于采用表面活性剂能够使得土壤的表面疏水性增加而亲水性减弱,其表面电荷性质也必然发生相应的变化,而这种变化对土壤中有机、重金属污染物的吸附固定将会产生本质的影响[3~7]。因此,研究土壤表面修饰后土壤电荷特性的变化,对于深入了解土壤表面修饰的机理,从理论上探讨修饰土样对于     

土壤粘附机理的化学吸附分析

在对已有土壤粘附机理进行综合分析的基础上，从结构化学和量子力学的统计效应出发，对参与粘附的各种因素———土壤表面性质、触土部件表面特性、土壤水中各种离子的性质进行了全面分析，从化学吸附角度，提出了以化学吸附为主的土壤粘附机理。该模型认为土壤与触土部件金属材料表面的粘附力是由土壤与金属表面间的化学吸附力（包括物理吸附力）、土壤水在金属与土壤之间形成的化学吸附力（宏观上表现为毛细管力）和水的粘滞阻力三部分组成     

低分子量有机酸对可变电荷土壤吸附NO3-的影响的初步研究

在我国南方热带、亚热带地区分布有大面积的酸性红黄壤，这类土壤的一个重要特征是它们的表面既带正电荷又带负电荷，而且电荷数量随环境条件而变化。可变电荷土壤既可吸附阳离子又可吸附阴离子，而且对某些离子具有一定程度的专性吸附。研究结果表明，NO3^-是一个以电性吸附为主的阴离子，共存于体系中的阴离子如Cl^-和SO4^2-都会抑制土壤对NO3^-的吸附，     

红壤粘粒对Co、Cu、Pb和Zn吸附亲和力的研究

本文研究了高度风化的酸性红壤对Ｃｏ，Ｃｕ，Ｐｂ，Ｚｎ离子的吸附特性。用吸附曲线形状，吸附方程，分配系数，ｐＨ５０值等讨论了吸附亲和力特征及其影响因素和吸附反应的机理。结果表明，红壤粘粒吸附重金属离子主要由Ｆｅ，Ａｌ氧化物所控制。金属离子对红壤粘粒的吸附亲和力（以ｐＨ５０表示）主要决定于离子本化学性质，亲和力以Ｃｕ≥Ｐｂ＞Ｚｎ＞Ｃｏ顺序减少，易水解的离子吸附亲和力较大，亲和力也受土壤组分及其表面性质     

磷酸根在矿物表面的吸附-解吸特性研究进展

综述了磷酸根在一些常见土壤矿物表面吸附-解吸特性的研究进展.磷酸根在矿物表面的吸附特性受环境pH、离子强度、温度、反应时间、矿物类型等多种因素的共同影响.一般说来,矿物表面的磷吸附量随pH降低而增加,受离子强度的影响较小.磷酸根在矿物表面的吸附动力学过程可分为快速吸附过程和慢速吸附过程,且在弱结晶矿物中存在微孔扩散过程...     

多种有机酸共存对可变电荷土壤吸附磷的影响

研究了２种或３种有机酸在不同浓度组合时对可变电荷土壤吸附磷酸根离子的影响,结果表明:（１）有机酸的种类、各自的浓度及总浓度对土壤吸附磷有显著影响;（２）土壤组成及表面性质不同时,有机酸与磷的竞争效果也不大相同;（３）多种有机酸混存对土壤吸附磷量的影响不等于各单一有机酸贡献的简单加和。因此,根际环境中有机酸、磷在土壤表面的相互作用还有许多待探讨的问题。     

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。     

可变电荷土壤中铜离子的解吸

研究了我国四种可变电荷土壤红壤、赤红壤、砖红壤和铁质砖红壤以及二种恒电荷土壤黄棕壤和黑土中吸附性铜离子的解吸特征。研究结果表明 ,可变电荷土壤吸附的一部分铜离子可以被去离子水解吸 ,而且在pH～解吸率曲线上在一定pH值时出现解吸率最大值。在最大值时不同土壤中铜离子解吸率的大小与土壤中氧化铁的含量有关。氧化铁的含量越高 ,在最大值时铜离子的解吸率越大。当用中性电解质解吸可变电荷土壤吸附的铜离子时 ,电解质的浓度越大 ,解吸率越低。与此相反 ,恒电荷土壤吸附的铜离子不能被去离子水解吸 ,只能被中性电解质解吸 ,且电解质的浓度越高 ,解吸率越大。这表明 ,可变电荷土壤中吸附性铜离子的解吸规律 ,完全不同于恒电荷土壤中者。本文初步讨论了其原因     

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。     

铁铝氧化物–层状硅酸盐矿物互作对Cr (Ⅵ)和As (Ⅴ)吸附的影响

以高岭石、蒙脱土、针铁矿和三水铝石四种单一典型土壤矿物以及针铁矿-蒙脱石和三水铝石-蒙脱石（质量比为1:1）两种代表性土壤矿物复合体为吸附材料，采用吸附平衡实验、能谱分析（(EDS）、红外光谱、扫描电镜、酸碱滴定和zeta电位测定等方法，研究了铁铝氧化物与层状硅酸盐矿物之间的相互作用对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)吸附的影响及其机制。吸附平衡实验和EDS实验结果表明，两种复合体对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附容量均小于其两种组成矿物单一体系吸附量的平均值，即铁铝氧化物与蒙脱石的互作降低了这些氧化物对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附能力。表面性质表征结果表明，与蒙脱石复合后，针铁矿与三水铝石表面的正电荷均被完全中和，电荷符号发生反转。与理论值相比，三水铝石-蒙脱石复合体的表面位点总浓度无明显变化，比表面积减小。针铁矿-蒙脱石复合体的比表面积与理论值无明显差异，但矿物表面位点浓度减小，表面羟基红外吸收峰强度减弱。氧化物与层状硅酸盐矿物互作改变了矿物表面性质，这可能是导致氧化物对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附能力降低的主要原因。当评估污染元素在土壤中有效性时应当考虑土壤固相组分间的互作对离子吸附的影响。     

多种有机酸共存对可电荷土壤吸附磷的影响

研究了２种或３种有机酸在不同浓度组合时对可变电荷主壤吸附磷酸根离子的影响,结果表明：（１）有机酸的种类、各自的浓度及总浓度对土壤吸附磷有显著影响;（２）土壤组成及表面性质不同时,有机酸与磷的竞争效果也不大相同;（３）多种有机酸混存对土壤吸附磷量的影响不等于各单一有机酸贡献的简单加和。因此,根据环境中有机酸、磷在土壤表面的相互作用还有许多待探讨的问题。     

不同浓度铜离子土壤的吸附-解吸行为——兼论弱专性吸附态的存在

研究了三种可变电荷土壤和两种恒电荷土壤不同铜离子浓度条件下的吸附-解吸行为。结果表明,不同铜离子浓度下土壤的pH-Cu2+吸附率曲线均在低pH段出现会合,且随着铜离子浓度升高,pH-Cu2+吸附率曲线有向右偏移的趋势。证实了可变电荷土壤中吸附性铜离子可被去离子水解吸,并存在解吸峰现象。针对解吸前后吸附体系pH值的变化研究结果显示,吸附时体系pH低于5.0时,解吸后pH上升;而吸附体系pH高于5.0时,解吸后pH下降,表明pH5.0可能是土壤吸附铜离子机理发生变化的又一个转折点。本文还对专性吸附中弱吸附态的存在和形成原因进行了初步探讨。