温度和砷酸根对砖红壤中Cd(Ⅱ)吸附动力学的影响

土壤中砷和镉同时存在的现象普遍存在,但目前对砷酸根与Cd(Ⅱ)在可变电荷土壤表面协同作用的机制还了解不多.用一次平衡法研究了288 K和308 K温度条件下Cd(Ⅱ)在昆明砖红壤表面的吸附动力学,比较了加入砷酸根对Cd(Ⅱ)吸附动力学的影响.结果显示,加As(V)和升高温度均不仅增加Cd(Ⅱ)的吸附量,而且提高了吸附反应的速率.Cd(Ⅱ)在砖红壤表面的吸附反应进行的特别快,几乎在30 min内达到准平衡,假二级动力学方程能很好拟合30 min内的吸附动力学数据(r2》0.9995).从反应速率常数计算得到的活化能的结果表明,加As(V)显著降低了Cd(Ⅱ)吸附反应的活化能,这是As(V)促进可变电荷土壤吸附Cd(Ⅱ)的根本原因.     

砷酸根在可变电荷土壤颗粒表面的配位吸附

研究了砷在3种可变电荷土壤颗粒表面的吸附对土壤胶体Zeta电位的影响及砷酸根吸附过程中羟基的释放特征.在酸性条件下,土壤胶体吸附砷酸根后土壤表面的负电荷增加,Zeta电位下降.这说明砷酸根在土壤颗粒表面发生了专性吸附,吸附的砷酸根离子进入土壤胶体双电层的紧密层中.亚砷酸根吸附对土壤胶体Zeta电位的影响很小,说明它在土壤颗粒表面主要通过形成外圈型表面络合物而发生非专性吸附.砷酸根在土壤颗粒表面的吸附过程中有羟基释放,说明砷酸根与表面羟基发生了配位交换反应.羟基释放量随砷酸根加入量的增加和pH值的升高而增加.动力学实验结果表明,砷酸根吸附量和羟基释放量随时间具有相似的变化趋势,在开始的20min内,二者均随时间迅速增加,随后变化较小.羟基释放量与砷酸根吸附量的摩尔比也随时间的增加而增加,说明羟基释放反应滞后于砷酸根吸附反应.土壤体系中羟基释放量与砷酸根吸附量的摩尔比小于针铁矿体系,说明除铁铝氧化物外,土壤的其它固相组分也参与了对砷的吸附反应.     

砷酸根促进红壤吸附Cd(Ⅱ)的机制

用一次平衡实验法研究砷酸根对Cd(Ⅱ)在红壤表面吸附和解吸的影响,结果表明,加入砷酸根使土壤对Cd(Ⅱ)的吸附量和解吸量均增加,且随着砷酸根加入量的增加,土壤对Cd(Ⅱ)的吸附增量和解吸增量也均增加.当向体系中加入砷酸根后,红壤胶体的Zeta电位显著降低,说明胶体颗粒表面的净负电荷增加.这说明砷酸根主要通过自身吸附增加了土壤表面的净负电荷,从而增加了土壤对Cd(Ⅱ)的静电吸附量.研究结果还表明,在pH 3.5-6.0范围内,砷酸根均表现出对Cd(Ⅱ)吸附的显著促进作用,说明砷酸根与Cd(Ⅱ)在红壤表面的协同作用可以在比较宽的pH范围内发生.     

CrO42-对两种可变电荷土壤吸附钾的影响

用一次平衡法研究了CrO4^2-对两种可变电荷土壤吸附钾的影响，用火焰光度法测定平衡溶液中的钾，根据差减法计算土壤对钾的吸附量。结果表明，加入铬酸根能增加土壤对钾的吸附量。铬酸根对钾吸附的影响程度与土壤游离氧化铁含量和土壤对铬酸根的吸附量的大小有关。砖红壤游离氧化铁含量高于红壤，它对铬酸根的吸附量也大于红壤，因此，铬酸根对砖红壤吸附钾的影响程度大于红壤。CrO4^2-主要通过自身的吸附增加土壤的表面净负电荷，并从而增加土壤对钾的吸附量。     

酸性条件下可变电荷土壤表面Pb~(2+)-H~+反应动力学特征

研究了酸性条件下Pb在可变电荷土壤表面的反应动力学.结果表明,在酸性条件下,从一级动力学方程拟合的参数可知,三种土壤的最大吸附量依次为砖红壤>赤红壤>红壤,Pb最大吸附量随酸度的增加显著下降.红壤、赤红壤和砖红壤在pH 5.5处理的半反应时间(t1/2)分别为231 min,266 min和182min;pH 3.3处理的t1/2分别为43 min,26 min和32 min.用Elovrich方程和抛物线扩散方程常数(b)解释离子的表观扩散速率,三种土壤的b值依次为砖红壤>赤红壤>红壤,且随酸度的增大而降低.在Pb的吸附过程中,pH值为5.5和4.3时,红壤和赤红壤流出液中有质子释放;当原液pH值为3.3和3.8时,都存在质子的消耗.三种土壤H+的消耗过程有较大的区别,砖红壤快速消耗的H+量远远大于红壤和赤红壤.反应初期,H+的消耗是快速反应,主要包括土壤交换阳离子的缓冲作用、土壤表面的质子化及硫酸根专性吸附释放的羟基中和H+;而后反应中H+对矿物的溶解是一个缓慢过程.     

可变电荷土壤对水体中磷酸根的吸附去除作用

采用一次平衡法和土柱淋溶法研究4种可变电荷土壤对磷的吸附容量,结果表明可变电荷土壤对磷有很强的吸附能力.4种土壤对磷吸附鲢的大小顺序为昆明砖红壤＞柳州红壤≈徐闻砖红壤＞鹰潭红壤,与土壤游离铁、铝氧化物的含量大小顺序一致.说明土壤铁、铝氧化物对磷酸根吸附有重要贡献.被土壤吸附的磷酸根在NO-3体系中的解吸量很小,一般不超过吸附量的10%,但在柠檬酸体系中磷酸根的解吸量量著增加,说明磷酸根主要通过非静电吸附机制被可变电荷土壤吸附.根据淋溶试验结果,昆明砖红壤、柳州红壤、徐闻砖红壤和江西红壤对磷的吸附量分别可达1 792、1 536、1 408和1 280 mg·kg-1,说明富铁可变电荷土壤可以用作水体中磷的有效吸附剂.从土柱淋溶试验获得的吸附量大于一次平衡试验所得值,说明由于磷吸附慢反应的贡献,磷的吸附量随平衡时间的增加而增加.     

可变电荷土壤和恒电荷土壤Cl-吸附特性的研究

对不同浓度KCl和不同pH下，3种可变电荷土壤和4种恒电荷土壤Cl-吸附量进行了测定。结果表明，土壤Cl-吸附量随平衡Cl-浓度C（e）增加而增大，恒电荷土壤呈线性，可变电荷土壤在添加Cl-0.5~5.0mmol/L下，符合Langmuir吸附等温式。同一浓度下的Cl-吸附量及其随浓度增加的速率均为砖红壤>红壤>赤红壤>黄棕壤>棕壤、暗棕壤和黑土，与这些土壤所带正电荷量顺序相一致。Langmuir方程K值较小且几种土壤差异不大。恒电荷土壤对Cl-的吸附量很小，在浓度较低时常出现负吸附，其吸附机理可能更多的是与K+吸附时的同时吸附。7种土壤Cl-吸附量均随pH增加而降低，但降低强度可变电荷土壤远大于恒电荷土壤。     

酸性土壤中Cd2+的吸附与运移特性

采用平衡吸附和室内土柱淋溶实验研究Cd2 在酸性土壤中的吸附和运移规律.结果表明:红壤和砖红壤中Cd2 的吸附,在其低浓度范围内符合线性等温方程,Cd2 在砖红壤上的分配系数是红壤上的8倍,能较好地用一级动力学方程的两点和一点模型拟合Cd2 的吸附.红壤快反应的比例约为50%-60%,砖红壤快反应的比例约为90%-95%.采用两点位非平衡模型,红壤β值范围为0.50-0.70,f值的范围是0.40-0.60,仅有40%-60%的吸附点位是瞬间完成,还有一部分吸附点位受速率限制,用非平衡两点模型比用平衡模型能更好地描述Cd2 的运移规律;而砖红壤β值在0.93-0.99,f＞0.92,有大于 90%的吸附点位是瞬间完成,不到10%受速率限制,很容易达到局部平衡,运用平衡模型可能更适合,这与动力学方程的结果基本一致.     

砖红壤对Cr(Ⅵ)吸附-解吸反应动力学研究

研究了表面覆盖度、H2PO-4等因素对砖红壤吸附Cr(Ⅵ)反应动力学的影响,以及土壤与Cr(Ⅵ)反应时间对表面吸附态C r(Ⅵ)解吸量的影响,还对土壤吸附Cr(Ⅵ)机理进行了初步探讨.在所研究的pH值范围内,砖红壤对Cr(Ⅵ)的吸附量随离子强度增加而减少,这表明砖红壤吸附Cr(Ⅵ)机理中存在静电吸附.动力学实验表明,当Cr(Ⅵ)初始浓度较高时(0.1 mmo.ll-1),吸附反应速率开始比较快,持续约5m in,随后逐渐减缓.而当Cr(Ⅵ)初始浓度较低时(0.05 mmo.ll-1),土壤对其吸附速率十分迅速,5m in内的吸附量占总吸附量的96%以上.该结果表明,表面覆盖度越低,吸附反应速率越快.H2PO-4的存在将降低吸附反应速率和吸附量.H2PO-4对土壤表面吸附态Cr(Ⅵ)的解吸反应动力学也表现出双速率特征,即开始比较迅速而随后逐渐变缓.当延长土壤对Cr(Ⅵ)的吸附时间后,Cr(Ⅵ)吸附量虽然没有增加,但其解吸量却减少,这说明吸附态Cr(Ⅵ)滞留在土壤表面期间,其结合形态向难解吸态方向发生了转变.     

酸性条件下可变电荷土壤对锌的吸附动力学特征

用自行设计的动力学装置,研究了酸性条件下Zn在可变电荷土壤表面的反应动力学吸附特征.结果表明,在酸性条件下,Zn吸附过程分快反应和慢反应.从一级动力学方程拟合的参数可知,土壤的最大吸附量依次为砖红壤>赤红壤>红壤,表观最大吸附量随酸度增加显著下降,砖红壤、赤红壤和红壤在流入液pH5.5时zn的吸附量为2.81、2.72和1.83 mmol·kg-1;pH3.3时为1.0、0.38和0.12 mmol·kg-1.用Elovich方程和抛物线扩散方程常数b值,解释离子的表观扩散速率,三种土壤的b值依次为砖红壤>赤红壤>红壤,且随酸度的增大而降低.在Zn吸附过程中,pH5.5时,三种土壤流出液中有质子释放;当原液pH值为4.3、3.8和3.3时,都存在质子的消耗.砖红壤上快速消耗H+量远远大于红壤和赤红壤.反应初期,H+质子的消耗是快速反应,主要包括土壤交换阳离子的缓冲作用、土壤表面的质子化及硫酸专性吸附释放的羟基中和H+质子.     

砷、矾与镉交互作用及其对土壤吸附镉的影响

研究了砷、矾与镉交互作用及其对土壤吸附镉的影响 .结果表明 :江西红壤、海南砖红壤、湖南红壤和北京褐土等四种土壤吸附镉的等温线符合Freundlich方程 ,吸附常数K的大小顺序为 :北京褐土 >湖南红壤 >江西红壤 >海南砖红壤 .pH值是决定土壤吸附镉的关键因素之一 ,砷和矾的存在可促进土壤对镉的吸附     

Effects of organic acids on Cd adsorption and desorption by two anthropic soils

The objective of this experiment was to study the effects of malic, tartaric, oxalic, and citric acid on the adsorption and desorption characteristics of Cd by two typical anthropic soils (lou soil and irrigation-silted soil) in North-west China. Cadmium adsorption and desorption were studied under a range of temperatures (25°C, 30°C, 35°C, 40°C), organic acid concentrations (0.5–5.0 mmol·L^-1), and pH values (2–8). The results showed that the Cd adsorption capacity of the lou soil was significantly greater than that of the irrigation-silted soil. Generally, Cd adsorption increased as the temperature increased. In the presence of NaNO₃, the adsorption of Cd was endothermic with ΔH values of 31.365 kJ·mol^-1 for lou soil and 28.278?kJ·mol^-1 for irrigation-silted soil. The endothermic reaction indicated that H bonds were the main driving force for Cd adsorption in both soils. However, different concentrations of organic acids showed various influences on the two soils. In the presence of citric acid, chemical adsorption and van der Waals interactions were the main driving forces for Cd adsorption rather than H bonds. Although the types of organic acids and soil properties were different, the effects of the organic acids on the adsorption and desorption of Cd were similar in the two soils. The adsorption percentage of Cd generally decreased as organic acid concentrations increased. In contrast, the adsorption percentage increased as the pH of the initial solution increased. The exception was that adsorption percentage of Cd increased slightly as oxalic acid concentrations increased. In contrast, the desorption percentage of Cd increased with increasing concentrations of organic acids but decreased as the initial solution pH increased.     

可变电荷土壤和恒电荷土壤CI~-吸附特性的研究

对不同浓度ＫＣＬ和不同ｐＨ下，３种可变电荷土壤和４种恒电荷土壤ＣＩ－吸附量进行了测定。结果表明，土壤ＣＩ－吸附量随平衡 ＣＩ－浓度 Ｃ（ｅ）增加而增大，恒电荷土壤呈线性，可变电荷土壤在添加 ＣＩ－ ０．５－５．０ ｍｍｏｌ／Ｌ．下，符合 Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温式。同一浓度下的ＣＩ－吸附量及其随浓度增加的速率均为砖红壤＞红壤＞赤红壤＞黄棕壤＞棕壤、暗棕壤和黑土，与这些土壤所带正电荷量顺序相一致。Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程Ｋ值较小且几种土壤差异不大。恒电荷土壤对ＣＩ－的吸附量很小，在浓度较低时常出现负吸附，其吸附机理可能更多的是与Ｋ＋吸附时的同时吸附。７种土壤ＣＩ－吸附量均随ｐＨ增加而降低，但降低强度可变电荷土壤远大于恒电荷土壤。     

Sorption of heavy metals in strongly weathered soils: an overview

Current knowledge of sorption processes in tropical soils is reviewed. Landscapes throughout the tropics are dominated by oxisols which occupy extensive areas of potentially highly productive soils. These soils are dominated by low-activity sesquioxide minerals and clays that have variable charge surfaces. The limited information on tropical soils available suggests that the composition of the ambient soil solution can influence sorption through changes in particle surface-charge density. Thus the observed decrease in sorption in the presence of divalent index cations may be related to the effect of ionic charge on the double-layer thickness which is manifested through a change in surface-charge characteristics. However, much work needs to be done to differentiate the effect of cation charge on surface-charge density from the competitive effect between the index cation and heavy-metal ions for the sorption sites. The effects of inorganic and organic ligands on adsorption of Cd by variable charge surfaces are also reviewed.     

土壤中金属阳离子对Cl-离子吸附的诱导效应

使用三种可变电荷土壤和一种恒电荷土壤 ,研究电解质溶液中金属阳离子对Cl-离子吸附的影响 .结果表明 ,在可变电荷土壤中 ,金属阳离子对Cl- 离子的吸附有明显的诱导效应 ,影响大小次序为 :AlCl3>CuCl2 >KCl>NaCl.而在恒电荷土壤中影响不大     

The effects of soil properties and temperature on the adsorption isotherms of lead on some temperate and semiarid surface soils of Iran

Sorption of metal ions by soil and clay minerals is a complex process involving different mechanisms, and controlled by different variables that can interact. The aim of this work was to study the retention mechanisms of Pb ions on different soil samples. Surface soils were sampled from Guilan and Hamadan provinces in north and northwest of Iran with temperate and semiarid climates. The adsorption isotherms of Pb on the soils have been studied at 15, 27 and 37°C. The adsorption data for different soils were fitted into Langmuir and Freundlich models. Temperate soil samples had higher clay content, cation exchange capacity, dichromate (oxidable) organic carbon, total Kjeldahl-nitrogen, biological activity, amorphous and crystalline Fe and Al, but semiarid soil samples had higher sand content, pH, equivalent calcium carbonate, available P and K. Lead adsorption data obtained from semiarid soils against those obtained from temperate soils were better fitted in both Langmuir and Freundlich models. Langmuir constants Q ₀ for Pb adsorption in semiarid soils were considerably lower than those for Pb adsorption in temperate soils. However, the binding energy (K _L) of Pb and Freundlich constant n were higher for data of semiarid soils. The effect of temperature on the Pb adsorption was positive especially in temperate soils; however, soil properties had higher effects on Pb adsorption.     

低分子量有机酸对可变电荷土壤吸附铝的影响机制

通过吸附性铝的解吸实验研究了低分子量有机酸对三种可变电荷土壤(2种砖红壤和1种赤红壤)吸附铝的影响机制，结果表明，柠檬酸、苹果酸和酒石酸等带有3个及3个以上活性官能团的有机酸在低pH条件下可以通过形成土壤一有机酸一铝三元表面络合物和增加土壤的表面负电荷两种机制显著增加土壤对铝离子的吸附量，但以前一种影响机制为主。乳酸、水杨酸、草酸和丙二酸等带有2个活性官能团的有机酸仅通过改变土壤的表面负电荷影响铝的吸附。土壤氧化铁是土壤吸附有机酸的主要载体，当用化学方法将土壤中的氧化铁除去后，有机酸对铝吸附的影响变小。在pH5．0时有机酸主要通过形成可溶性有机铝络合物减小土壤对铝的吸附，但有机酸的存在增加了Al^3 在吸附性铝中所占的比例，导致铝的解吸率增加。土壤中大量氧化铁的存在使其即使在低pH下也能对铝离子发生专性吸附，导致吸附性铝的解吸率减小。