高铁酸钾对土壤中铜吸附过程的影响实验及模拟研究

摘要

作为我国最为重要的能源和重工业基地之一，山西省近些年的粗犷式发展给当地的环境造成了比较严重的破坏。矿产的开采、冶炼等一系列重工业的生产活动使得周边土壤中的重金属含量远远地超过了安全标准。为了防止土壤中超标的重金属对土壤、植物以及人类的生命健康产生危害，了解并掌握重金属离子在土壤中的迁移变化规律，寻求高效无污染的重金属处理方法来改善现有条件便迫在眉睫。
　　本文将在水处理领域已经被广泛研究的新型绿色药剂高铁酸钾应用于土壤中重金属铜的吸附固定之中，对其作用效果进行了研究，并对其作用过程进行了数学模拟。实验的目的主要是探究不同自然条件对土壤中 Cu2+的吸附情况的影响；分析高铁酸钾对于土壤中 Cu2+吸附和解吸的影响；通过数学模拟，研究在动态过程中，Fe6+对土壤吸附固定Cu2+性能的影响规律。
　　实验采用人工模拟污染的土壤样品，主要从以下三个方面进行：
　　1、模拟不同的自然条件下（pH、温度、土壤初始含水率、土壤的初始铜含量），土壤中Cu2+的吸附、解吸情况；
　　2、在动态实验下，研究加入高铁酸钾后，土壤对Cu2+吸附固定的情况；
　　3、通过对比，分析高铁酸钾对土壤中Cu2+吸附解吸的影响。
　　实验结果如下：
　　1、自然条件下，土壤对Cu2+的最佳吸附条件为pH=6.6、温度T=30℃、初始铜含量CCu=500 mg·kg-1、初始含水率θ=15％，四个因素对于土壤吸附Cu2+的影响作用大小排序是：pH＞温度＞初始铜含量＞初始含水率；
　　2、自然条件下，pH对土壤吸附 Cu2+的影响非常显著，pH越高，土壤对于 Cu2+的吸附量也随之变大；温度对土壤吸附 Cu2+的影响显著，温度越高，土壤对于 Cu2+的吸附量也随之变大；初始含水率和初始铜含量对土壤吸附 Cu2+的影响不显著，从实验中得到最佳初始含水率为15%，最佳初始铜含量为500 mg·kg-1；
　　3、自然条件下，土壤对于其中Cu2+的最佳吸附时间为5h；
　　4、加入高铁酸钾之后，土壤对 Cu2+的最佳吸附条件为: pH=10、温度T=20℃、初始含水率θ=15%、初始铜含量 CCu=500mg·kg-1，五个因素对于土壤吸附 Cu2+的影响作用大小排序是：pH＞Fe6+浓度＞初始含水率＞温度＞初始铜含量；
　　5、高铁酸钾作用于铜污染土壤的最佳投加浓度为100mg·L-1；
　　6、加入高铁酸钾之后，pH对土壤吸附 Cu2+的影响非常显著，随着 pH的增大，土壤对Cu2+的吸附量也随之增高，最高可达98.78%；
　　7、加入高铁酸钾之后，较高的温度有利于表层土壤对于Cu2+的吸附固定，而相对较低的温度有利于较深土壤对于Cu2+的吸附固定，实验中h=5cm处的最佳作用温度为30℃，h=15cm和h=25cm处的最佳作用温度为20℃；
　　8、加入高铁酸钾后，极大地提高了土壤吸附Cu2+的稳定性，减小了土壤对 Cu2+的解吸量，未加入高铁酸钾时，Cu2+的最大解吸量为初始铜含量的35.73%，最小解吸量为初始铜含量的17.99%，加入高铁酸钾后，Cu2+的最大解吸量为初始铜含量的14.41%，最小解吸量为初始铜含量的2.47%；
　　9、加入高铁酸钾后，土壤中 Cu2+解吸量最小的条件组合为：pH=6.6、温度T=20℃、初始铜含量CCu=100 mg·kg-1、初始含水率θ=15%；
　　10、对流-弥散模型可以对土壤中Cu2+的一维迁移做出非常正确的模拟。

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第一章 文献综述及选题背景

1.1我国土壤资源现状

1.2土壤环境中的铜

1.3重金属污染土壤的修复研究

1.4溶质运移的研究现状

1.5选题及意义

1.6研究内容、目标和方法

1.7创新点

第二章 实验材料及方法

2.1供试土壤

2.2实验仪器与试剂

2.3实验装置及实验方案

2.4检测方法

第三章 不同自然条件下土壤对Cu2+的吸附性能

3.1前期实验

3.2实验方案设计

3.3实验步骤

3.4实验结果

3.5实验结果分析

3.6本章小结

第四章 K2FeO4对土壤吸附Cu2+性能的影响

4.1实验方案设计

4.2实验步骤

4.3实验结果

4.4实验结果分析

4.5本章小结

第五章 K2FeO4对土壤中Cu2+的固定作用

5.1实验方案设计

5.2实验步骤

5.3实验结果

5.4实验结果分析

5.5本章小结

第六章 K2FeO4存在下土壤中Cu2+的迁移模拟

6.1模型的概化

6.2 模型参数的确定

6.3模型求解

6.4模型的校验与预测

第七章 总结及建议

7.1主要研究结论

7.2建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文