EDTA、EGTA对氧化铁及土壤胶体表面几种吸附态重金属的解吸

摘要

近年来，我国的土壤重金属污染问题日益严峻。重金属与土壤中的组分相互作用，发生一系列包括不同类型、方式的吸附、络合、沉淀及同晶替代等物理化学反应。重金属最终与不同土壤组分结合，以不同形态存在于土壤中，而形态的不同决定了土壤中重金属的毒性。氧化铁作为南方土壤中重要的活性成分，明确其与重金属的结合状态是评价其环境毒性、揭示重金属迁移和转化规律的重要基础。研究表明，广东大宝山矿区部分污染土壤中有超过50％的重金属是与晶质氧化铁结合的。但这部分重金属有多少是以吸附态，多少是以同晶替代的形态与氧化铁结合并不清楚，如何进一步区分值得深入研究。特别是如果能寻找到这两种形态的区分方法，也将有利于人们进一步揭示土壤中的重金属在环境条件变化下参与氧化铁形成、转化的地球化学过程。为此，本文通过针铁矿、赤铁矿在不同pH（5.0和6.5）条件下对几种重金属(Pb、Cu、Zn、Cd)的等温吸附，初步研究了EDTA、EGTA对氧化铁及土壤胶体表面几种吸附态重金属的解吸效果，期望依据解吸剂对氧化铁表面重金属的解吸效率，以及相应的解吸条件对污染土壤胶体样品中重金属的解吸量，以粗略评估其晶质氧化铁结合态重金属中吸附态重金属与同晶替代形态重金属含量的比例，为污染土壤氧化铁中重金属的形态区分提供某些参考。研究结果如下:
　　1.实验室合成得到的针铁矿和赤铁矿对四种重金属的吸附量由大到小均为:Pb2+＞Cu2+＞Zn2+＞Cd2+。不同的氧化铁对四种重金属的最大吸附量也不相同，Pb、Cu、Zn三种重金属在赤铁矿上的最大吸附量都稍大于针铁矿的最大吸附量，而Cd在赤铁矿上的吸附量则小于针铁矿。
　　2.pH对吸附量及吸附反应的进行程度有一定的影响。相同条件下，偏酸性环境会使针铁矿、赤铁矿对Pb、Cu、Cd的吸附量大幅降低，也会使吸附过程更难达到平衡，但是对Zn最大吸附量的影响不大。选定吸附条件pH6.5时，针铁矿对Pb、Cu、Zn、Cd的最大吸附量分别为22.2mg/g、8.7 mg/g、3.2 mg/g、2.5 mg/g，赤铁矿对Pb、Cu、 Zn、Cd的最大吸附量分别为27 mg/g、17 mg/g、3.9 mg/g、0.9 mg/g。
　　3.EDTA对针铁矿上四种重金属的解吸效率大小依次为:Pb≈Cu＞Zn＞Cd，对吸附态Cd的解吸效果较为微弱。EDTA解吸Pb时解吸率随浓度先增大后减小，解吸Zn时随着浓度增大解吸率有微弱提高。EDTA对赤铁矿上四种重金属的解吸效率大小次序依次为:Pb＞Cu＞Zn＞Cd，特别是对于赤铁矿上吸附态的Cd，EDTA几乎起不到解吸的作用。随着解吸剂浓度的提高，EDTA对Pb、Cd解吸率的影响不大，对赤铁矿上Cu的解吸效率随着解吸剂浓度的升高先增大后减小，对赤铁矿上Zn的解吸率有微弱的提高。
　　4.EGTA对针铁矿上四种重金属的解吸率大小次序依次为:Cu＞Pb＞Zn＞Cd。随着解吸剂浓度的提高，对Pb、Cu的解吸率均为先增大后减小，对Zn的解吸率增大，对Cd的解吸率影响很微弱。EGTA对赤铁矿上四种重金属的解吸效率大小次序依次为:Cu＞Pb＞Zn＞Cd。在赤铁矿上对重金属的解吸效果要弱于针铁矿。随着解吸剂浓度的提高，对Pb、Cd解吸率的影响不大，对Zn的解吸率减小，对Cu的解吸率增大。从总体的解吸率看，EGTA比EDTA更适用于解吸晶质氧化铁表面吸附态的重金属，其对Cu的解吸能力最强，对Cd的解吸能力最弱。
　　5.EDTA、EGTA对土壤胶体样品上重金属的解吸效率，受重金属总含量及其形态分布的影响，大部分情况下二者的解吸能力比较相近。由于残渣态的存在，络合解吸剂的解吸效率并不能达到合成的氧化铁作解吸对象时的解吸效率，甚至远低于后者。当残渣态Pb、Cu、Zn含量较高时，解吸出来的这三种重金属主要来自于残渣态。对于实际土壤胶体中的Cd，同样不易被EDTA和EGTA解吸。
　　6.借助EDTA/EGTA对土壤胶体的解吸量及络合解吸剂在纯相氧化铁上的解吸率，对土壤胶体中晶质氧化铁的重金属同晶替代量进行估算，由此得到的估算值具有一定的参考价值，特别是对于主要以晶质氧化铁结合态存在于土壤胶体样品中的Cd，其在晶质氧化铁中的同晶替代量估算值或许还算合理。但应当注意的是，土壤胶体中残渣态重金属的含量和稳定性会对这种估算方法会造成重要的影响。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．2 研究进展

1．2．1 土壤重金属污染现状

1．2．2 土壤重金属形态研究

1．2．3 氧化铁与重金属的结合

1．2．4 络合剂解吸污染土壤中的重金属

1．3 有待进一步研究的科学问题

1．4 研究目的及意义

1．5 研究内容及技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

2 材料与方法

2．1 试剂及去离子水

2．2 针铁矿、赤铁矿的合成

2．2．1 针铁矿的合成

2．2．2 赤铁矿的合成

2．3 XRD对合成矿物的鉴定

2．4 比表面积的测定

2．5 等温吸附实验

2．5．1 Langmuir型等温吸附线

2．6 解吸实验

2．6．1 合成氧化铁表面重金属的解吸实验

2．6．2 土壤胶体表面重金属的解吸实验

3 结果与分析

3．1 针铁矿的表征

3．2 赤铁矿的表征

3．3 合成氧化铁等温吸附曲线

3．3．1 针铁矿吸附重金属离子的等温吸附曲线

3．3．2 赤铁矿吸附重金属离子的等温吸附曲线

3．3．3 小结

3．4 氧化铁吸附几种重金属离子的解吸

3．4．1 EDTA对针铁矿表面重金属的解吸

3．4．2 EDTA对赤铁矿表面重金属的解吸

3．4．3 EGTA对针铁矿表面重金属的解吸

3．4．4 EGTA对赤铁矿表面重金属的解吸

3．4．5 小结

3．5 污染土壤的胶体中几种重金属离子解吸

3．5．1 土壤胶体样品

3．5．2 土壤胶体样品中氧化铁矿物组成及重金属含量

3．5．3 对土壤胶体样品的解吸

3．5．4 小结

4 讨论

4．1 四种重金属在氧化铁表面的吸附解吸能力

4．2 对晶质结合态重金属中同晶替代所占比例的估算

4．3 问题与展望

5 主要的结论

参考文献

致谢