低分子有机酸对蒙山茶园土壤无机纳米微粒吸附—解吸Ca2+特征影响

摘要

为了探讨低分子有机酸在无机纳米微粒吸附-解吸Ca2+中的影响，本文采用了超声-离心-冻融方法，提取土壤中无机纳米颗粒(≤100nm)，并运用动力学、热力学方法和NaNO3、HCl溶液解吸法，分别研究了柠檬酸、苹果酸、草酸等三种低分子有机酸及其混合酸组合对蒙山茶园土壤无机纳米微粒吸附-解吸Ca2+的影响，以期为茶园土壤的有效管理提供科学参考，主要研究结果如下:
　　(1)土壤无机纳米微粒对Ca2+的动力学吸附和解吸过程都可分为快速反应和慢速反应两个过程。对于土壤无机纳米对Ca2+的吸附过程而言，在120min时吸附反应达到平衡，但解吸过程反应变化较为缓慢，到720min时解吸反应才达到平衡。通过比较最大解吸量与吸附量之间的关系发现，土壤无机纳米微粒对Ca2+的吸附除了静电吸附以外还有专性吸附。运用5种不同动力学方程对土壤无机纳米微粒对Ca2+的动力学吸附解吸过程拟合，二级动力学方程均最佳。
　　(2)蒙山茶园土壤无机纳米微粒对Ca2+的热力学吸附过程中吸附量随Ca2+浓度的增加而增大，分别用Langmuir、Freundlich和Temkin方程对蒙山茶园土壤无机纳米微粒对Ca2+等温吸附过程进行拟合，发现用Freundlich方程拟合效果最佳，说明蒙山茶园土壤无机纳米微粒对Ca2+等温吸附是多层吸附。土壤无机纳米微粒对Ca2+解吸率（非专性吸附）随外加Ca2+浓度的增加而增大，土壤无机纳米微粒对Ca2+解吸率（专性吸附）随外加Ca2+浓度的增加而减小。通过比较土壤无机纳米微粒对Ca2+解吸率，发现土壤无机纳米微粒对Ca2+以专性吸附为主。
　　(3)在单一低分子有机酸作用下，柠檬酸和苹果酸促进蒙山茶园土壤无机纳米微粒对Ca2+的动力学吸附，且促进能力:柠檬酸＞苹果酸;草酸却抑制了土壤无机纳米微粒对Ca2+的动力学吸附。二级动力学方程对单一低分子有机酸作用下，蒙山茶园土壤无机纳米微粒对Ca2+的吸附动力学过程进行拟合效果最佳。柠檬酸和苹果酸能够促进土壤无机纳米微粒非专性吸附Ca2+的解吸，且促进能力:柠檬酸＞苹果酸;而草酸却抑制了土壤无机纳米微粒非专性吸附Ca2+的解吸。
　　(4)在低分子有机酸组合的作用下，蒙山茶园土壤无机纳米微粒对Ca2+的吸附量随时间的增加而增大。在柠檬酸+苹果酸组合作用下，相同时间梯度范围内蒙山茶园土壤无机纳米微粒对Ca2+的吸附量均大于未加酸(CK)条件下Ca2+的吸附量。比较各个时间段吸附量可以看出，不同低分子有机酸组合作用下土壤无机纳米微粒对Ca2+的吸附量随时间变化趋势大体一致。但整个吸附过程速率大小变化不同，具体大小关系表现为:柠檬酸+苹果酸组合＞草酸+柠檬酸组合＞苹果酸+草酸组合。二级动力学方程对不同低分子有机酸组合作用下，蒙山茶园土壤无机纳米微粒对Ca2+的吸附动力学过程进行拟合效果最佳。
　　(5)低浓度（0.1-1 mmol/L）的柠檬酸、苹果酸能够促进土壤无机纳米微粒对Ca2+的吸附，而草酸和高浓度(＞1 mmol/L)的柠檬酸、苹果酸会抑制其对Ca2+的吸附。相同低分子有机酸浓度条件下，各低分子有机酸促进Ca2+吸附的能力顺序为:柠檬酸＞苹果酸＞草酸，抑制Ca2+吸附的能力顺序:草酸＞苹果酸＞柠檬酸。运用热力学方法，柠檬酸、草酸、苹果酸对土壤无机纳米颗粒吸附Ca2+影响的特性均用Freundlich方程拟合效果最佳。
　　(6)不同混合酸组合对蒙山茶园无机纳米微粒吸附Ca2+的作用不同，主要表现在:在低浓度(0.1-1 mmol/L)柠檬酸+苹果酸组合作用下，土壤无机纳米微粒对Ca2+的吸附量大于未加酸条件下Ca2+的吸附量，而高浓度下（1-10 mmol/L）小于未加酸条件下Ca2+的吸附量;而0.1 mmol/L苹果酸+草酸组合及草酸+柠檬酸组合作用下，土壤无机纳米微粒对Ca2+的吸附量大于未加酸条件下Ca2+的吸附量，而当混合酸浓度高于0.1 mmol/L下均小于未加酸条件下Ca2+的吸附量。不同浓度混合酸组合作用下的蒙山茶园土壤纳米微粒对Ca2+的吸附同样是多层吸附，且均用Freundlich方程的拟合效果最佳。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 文献综述

1．2．1 土壤无机纳米微粒的研究

1．2．2 钙的性质及在土壤中的形态、迁移与转化

1．2．3 土壤颗粒对金属离子吸附-解吸特性

1．2．4 描述土壤颗粒对金属离子吸附-解吸的动力学和热力学模型

1．2．5 有机酸对土壤颗粒吸附-解吸金属离子的影响

1．2．6 综述小结

1．3 研究方案

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．2 供试材料

2．2．1 供试土壤和低分子有机酸

2．2．2 供试金属离子

2．3 试验分析方法

2．3．1 土壤基本性质测定方法

2．3．2 土壤无机纳米微粒的提取

2．4 试验方法

2．4．1 无机纳米微粒对Ca2+吸附解吸动力学特性

2．4．2 无机纳米微粒对Ca2+吸附解吸热力学特性

2．4．3 空白试验

2．5 数据处理

3 结果与分析

3．1 蒙山茶园土壤无机纳米微粒吸附解吸Ca2+特性

3．1．1 蒙山茶园土壤无机纳米微粒吸附解吸Ca2+动力学特性

3．1．2 蒙山茶园土壤无机纳米微粒吸附解吸Ca2+热力学特性

3．1．3 小结

3．2 低分子有机酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响的动力学特性

3．2．1 单一低分子有机酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+动力学特性

3．2．2 低分子有机酸组合对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+动力学特性

3．2．3 小结

3．3 单一低分子有机酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+的热力学特性

3．3．1 柠檬酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响的热力学特性

3．3．2 苹果酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响的热力学特性

3．3．3 草酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响的热力学特性

3．3．4 不同低分子有机酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响的比较

3．3．5 小结

3．4 低分子有机酸组合对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+的热力学特性

3．4．1 柠檬酸+苹果酸组合对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响热力学特性

3．4．2 苹果酸+草酸组合对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响热力学特性

3．4．3 草酸+柠檬酸组合对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响热力学特性

3．4．5 小结

3．5 有机酸组合与单一有机酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响的比较

3．5．1 柠檬酸+苹果酸组合与单一有机酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响的比较

3．5．2 苹果酸+草酸组合与单一有机酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+响的比较

3．5．3 草酸+柠檬酸组合与单一有机酸对无机纳米微粒吸附解吸Ca2+影响的比较

3．5．4 小结

4 结论和展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢