水稻土中Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）竞争吸附和解吸动力学

摘要

本文主要研究了水稻土中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)三种重金属离子的竞争吸附作用和解吸动力学以及低分子量有机酸对它们的影响，主要研究结果总结如下： 采用等比例和不等比例两种方式比较了长江三角洲和珠江三角洲地区四种水稻土和一种红壤对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)三种重金属的单一吸附和竞争吸附情况。在不等比例下(Cu:Pb:Cd=10:10:1)，无论是在单一还是在竞争条件，4种水稻土对Pb(Ⅱ)的吸附量均大于其对Cu(Ⅱ)的。在等比例下(Cu:Pb:Cd=1:1:1)水稻土对三种重金属的亲和力的相对大小为：Pb(Ⅱ)>Cu(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)。在红壤体系中，低pH(pH4.2)时土壤对三种重金属离子的吸附亲和力的大小顺序与水稻土相同，但在较高pH时(pH5.2)其顺序为Cu(Ⅱ)>Pb(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)。这一变化与红壤对铜的吸附量随pH的增加幅度大于对铅的有关。竞争条件下土壤对重金属离子的吸附量均比单一体系中的低，在等比例竞争条件下土壤对铜和铅的吸附量减小幅度比不等比例条件下更大。红壤在pH4.2时对三种重金属离子的吸附量比水稻土中的低得多，但在pH5.2时红壤对金属离子吸附量的增幅又比水稻土中的大得多。研究结果表明土壤无机矿物在重金属吸附中起主导作用，土壤的粘土矿物组成和CEC的大小对重金属吸附有重要影响。 在四种水稻土中，选择一种水稻土和一种红壤研究了低分子量有机酸对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在2种土壤中竞争吸附的影响，并与单一体系中的结果进行比较。由于柠檬酸和酒石酸与Cd(Ⅱ)形成络合物的稳定常数较小，2种有机酸对2种土壤中Cd(Ⅱ)的吸附均表现出促进作用，而且这种促进作用随有机酸初始浓度的增加而增大。酒石酸促进了红壤对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附，而且低pH下的促进作用大于高pH下的。pn4.2时酒石酸对水稻土吸附Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)有一定的促进作用；在pH5.2时酒石酸使水稻土对Cu(Ⅱ)的吸附量减小，但对铅的吸附基本无影响。柠檬酸对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附的影响表现为峰形曲线，即吸附量随有机酸浓度增加而增大，在某一浓度时达最大，然后逐渐减小。在较高浓度和较高pH下柠檬酸对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附表现出一定程度的抑制作用，特别在水稻土中。由于红壤游离氧化铁的含量比水稻土高得多，有机酸对红壤吸附重金属离子的促进作用大于水稻土中的；相反有机酸对水稻土吸附重金属离子的抑制作用大于红壤中的。虽然在竞争条件下有机酸对某一重金属离子吸附的促进作用小于单一体系中的，但竞争条件下所有重金属离子吸附增量的总和大于单一体系中单个离子的吸附增量。在柠檬酸体系中，低pH下Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在单一体系中的吸附量高于竞争体系中的，但在高pH下结果相反，这主要与柠檬酸在不同pH下对重金属离子吸附的影响机制不同有关。一次平衡法研究了2种水稻土表面吸附态Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的解吸动力学行为及柠檬酸和酒石酸对2种重金属离子解吸的影响。结果表明，虽然2种土壤对Pb(Ⅱ)的吸附量比对Cu(Ⅱ)的高得多，但无论在单一重金属体系还是Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)共存体系中，Cu(Ⅱ)的解吸量均大于Pb(Ⅱ)，而且湖州水稻土Cu(Ⅱ)的解吸量大于嘉兴水稻土的，也与土壤对Cu(Ⅱ)的吸附量相反，这说明土壤对重金属离子的吸附亲和力越大，吸附的重金属离子越不易解吸。用Elovich方程(Q<,t>=a+blnt)拟合动力学数据可以获得比较满意的结果，从方程获得的解吸速率与时间的关系曲线表明，Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的解吸速率随时间的增加迅速减小，方程中的常数b值可以用来比较重金属解吸速率的相对大小，b值越大解吸速率越快。Cu(Ⅱ)的解吸速率大于Pb(Ⅱ)，柠檬酸和酒石酸不仅使重金属的解吸量增加，而且使Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的解吸速率大大提高。2种有机酸对Cu(Ⅱ)解吸的促进作用大于对Pb(Ⅱ)的，柠檬酸的促进作用又比酒石酸大得多。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章 土壤中重金属的吸附行为研究进展

第二章 不同体系中不同土壤对Cu(II)、Pb(II)和Cd(II)吸附能力的比较

第三章 有机酸对铜、铅和隔在土壤表面竞争吸附的影响

第四章 两种水稻土中Cu(II)和Pb(II)的解吸动力学

附录I 个人简历

附录II 致谢