重金属(Cu、Zn、Cd)元素在红壤中的吸附动力学研究

摘要

土壤重金属污染已经受到了世界各国的广泛关注。吸附是重金属元素在土壤中积累的重要过程之一，决定了重金属元素在土壤中的移动性、毒性和生物有效性。开展重金属污染物在土壤中的吸附研究能有效预测重金属的环境效应，可以为重金属健康风险评价提供科学依据。因此，本研究选择红壤和重金属Cu、Zn、Cd作为研究对象，采用室内静态批量平衡的方法，研究多个环境因素（水土比、温度、重金属离子的浓度）对Cu、Zn、Cd单一重金属离子吸附的影响，比较Cu、Zn、Cd离子的两元混合金属溶液在红壤中的同时竞争吸附动力学，探讨重金属的添加顺序对Cu、Zn、Cd在红壤中不同时竞争吸附的影响。主要研究结论如下:
　　(1)多个环境因素对单一重金属离子在红壤中的吸附研究表明，水土比和离子浓度的增大均会导致单一Cu、Zn、Cd离子在红壤中的吸附率减小。随着温度的升高，红壤对单一Cu、Zn、Cd离子的平衡吸附量均有增加。用一级动力学方程和二级动力学方程拟合红壤对Cu、Zn、Cd的单一重金属离子在不同温度时的吸附过程，发现这两个方程拟合所得到的曲线都能很好地与实验数据重合，拟合相关系数R高达0.99以上，并且通过一级、二级动力学方程计算得到的两个qe值与实验所得到的qe值非常接近。
　　(2)重金属Cu、Zn、Cd离子的二元混合溶液(Cu+Zn、Zn+Cd、Cu+Cd)在红壤中的同时竞争吸附动力学和单一金属离子吸附动力学的对比结果表明，重金属离子Cu2+、Zn2+、Cd2+在同时竞争吸附情况下达到平衡状态的吸附时间与单一离子吸附时的平衡吸附时间并不相同，且Cu、Zn、Cd离子共存于土壤中的平衡吸附量小于单一Cu、Zn、Cd离子时的平衡吸附量。Cu离子在同时竞争时的土壤分配系数Kd值大于0.2，Zn离子的土壤分配系数Kd值在0.1～0.16之间，Cd离子的土壤分配系数Kd值却小于0.1。根据土壤分配系数值，得到红壤对重金属Cu、Zn、Cd离子的优先选择吸附顺序为Cu＞Zn＞Cd。
　　(3)研究六组不同添加顺序的重金属组合(Cu→Zn、Zn→Cu、Zn→Cd、Cd→Zn、Cu→Cd和Cd→Cu)在红壤中的顺序吸附动力学及分配系数，结果表明Cu、Zn、Cd离子在顺序竞争吸附条件下的吸附较难达到平衡状态，且顺序竞争中的重金属吸附总量小于同时竞争中的吸附总量。红壤对重金属离子的优先吸附选择顺序为Cu＞Cd＞Zn，与同时竞争吸附情况下的选择顺序不同。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 综述

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 影响重金属吸附的因素

1．2．2 描述土壤对重金属吸附的模型

1．3 相关领域存在的问题

1．4 研究内容和目的

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究目的

1．5 技术路线

第2章 材料与方法

2．1 供试材料

2．1．1 供试土壤

2．1．2 重金属元素的选择

2．2 实验方法

2．2．1 取样方法

2．2．2 土壤理化性质

2．2．3 吸附动力学实验

2．3 数据分析

第3章 红壤中单一重金属元素的吸附动力学

3．1 不同浓度重金属离子在不同水土比中的吸附

3．1．1 不同浓度的相同重金属离子吸附

3．1．2 相同浓度下不同重金属元素的吸附

3．2 温度对重金属吸附过程的影响

3．2．1 动力学拟合

3．2．2 不同温度下吸附量的比较

3．3 小结

第4章 红壤中两元重金属的同时竞争吸附动力学

4．1 两元重金属的同时竞争吸附

4．1．1 同时竞争吸附动力学拟合

4．1．2 同时竞争与单一离子吸附的比较

4．1．3 同时竞争吸附率

4．2 土壤分配系数与选择吸附顺序

4．2．1 土壤分配系数

4．2．2 选择吸附顺序

4．3 小结

第5章 双组分重金属的顺序竞争吸附动力学

5．1 顺序竞争吸附动力学

5．1．1 Cu2+和Zn2+的顺序竞争吸附动力学

5．1．2 Cu2+和Cd2+的顺序竞争吸附动力学

5．1．3 Cd2+和Zn2+的顺序竞争吸附动力学

5．2 顺序竞争吸附的选择顺序及吸附位点

5．2．1 顺序竞争吸附的选择顺序

5．2．2 吸附位点

5．3 与同时竞争吸附的比较

5．4 小结

第6章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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