三峡库区消落带土壤对Cu、Zn的吸附—解吸特征研究

论文摘要

随着三峡库区消落带形成和沿江工农业生产的不断发展,环境污染也逐渐显现,特别是消落带土壤的重金属污染。重金属可以通过多种途径进入土壤,并不断积累,或被植物吸收进入食物链,或在一定条件下迁移到地下水中,从而会威胁到人类健康与生态环境平衡。本文以三峡库区消落带主要土壤类型（紫色土）和重金属Cu、Zn作为研究对象,采用平衡吸附法研究了两种重金属在不同pH紫色土中的吸附-解吸、竞争吸附特征,分析不同紫色土及重金属的吸附解吸能力；同时,研究了不同阳离子对紫色土重金属有效态含量的影响。这对库区土壤重金属污染的风险评价与预测、环境污染防治与土地资源利用等有重要的意义。实验结果表明：1)随着外源Cu、Zn浓度的增大,三种紫色土对Cu、Zn的吸附量也相应的增大,且吸附量与平衡浓度之间的直线相关性较好（R2>0.91）。重金属Cu、Zn在三种紫色土中的等温吸附结果都可用Langmuir方程、Freundlich方程进行较好的拟合。重金属初始浓度小于15 mg/L时,紫色土对Cu的吸附顺序为：碱性紫色土>中性紫色土>酸性紫色土,而在初始浓度大于15 mg/L时,吸附顺序为：碱性紫色土>酸性紫色土>中性紫色土。紫色土对锌的吸附能力大小顺序为：碱性紫色土>中性紫色土>酸性紫色土。碱性紫色土对Cu、Zn（?）勺吸附能力明显大于中性紫色土与酸性紫色土,这主要与碱性紫色土高pH值,较高的有机质含量和CEC、质地较粘有关,但中性与酸性紫色土对重金属的吸附能力差别不大,且同一紫色土对铜的吸附能力远远大于锌。随着Cu、Zn初始浓度的增加,土壤平衡液的pH值不断降低,其中碱性紫色土的降幅大于中性、酸性紫色土2)不同紫色土中重金属的解吸量均随着吸附量的增加而增加,Cu的解吸率远远小于Zn的,且解吸量与吸附量之间呈显著线性正相关（R2>0.91）。紫色土中Cu的解吸能力大小为：中性紫色土>酸性紫色土>碱性紫色土,Zn的解吸能力大小为：酸性紫色>中性紫色土>碱性紫色土,碱性紫色土中Cu、Zn的解吸能力远远低于中性、酸性紫色土。由吸附分配系数Kd可见,不同紫色土对Cu的吸附能力均大于Zn,特别是在低初始浓度下Cu的Kd值是Zn的10倍以上。3)在Cu、Zn共存的紫色土中,两种金属离子存在竞争吸附,Cu的竞争吸附能力大于Zn。这与它们的水解能力有关（pKCu8.0<pKZn9.0）,水解所形成的羟基金属化合物比金属离子本身更容易被土壤吸附。相同初始Cu/Zn浓度比例下,紫色土对Cu、Zn（?）勺等温吸附结果仍可用Langmuir和Freundlich方程描述。Cu、Zn共存条件下,其各自的最大吸附量均小于单一条件下的吸附量,但共存条件下的最大吸附量之和大于单一离子Cu或Zn条件下的最大吸附量。这表明紫色土中存在部分特殊的吸附位点,这些特殊位点在土壤中不存在Cu或Zn条件下不参与吸附。紫色土中Cu、Zn共存低浓度范围内,竞争现象不明显,但随着初始浓度的增加,竞争现象逐渐明显。4)不同阳离子及其不同浓度对紫色土中有效态Cu、Zn的含量均有影响,且紫色土pH值随着不同阳离子浓度的增加都有不同程度的降低。一价阳离子K+与Na+的影响趋势相似,二价阳离子Ca2+与Mg2+的变化趋势亦相似。随着阳离子的加入,碱性紫色土中的有效态Cu含量增加,酸性紫色土减少,而中性紫色土中大部分呈减少趋势,只有在二价阳离子浓度较高时才会增加,酸性紫色土的降低幅度大于中性紫色土。紫色土中有效态Zn的含量均呈增加趋势,且增加幅度的大小顺序为：酸性紫色土>中性紫色土>碱性紫色土。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1、绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 土壤对重金属吸附—解吸的研究进展
• 1.2.1 土壤中单一重金属的吸附-解吸作用
• 1.2.2 土壤中重金属的竞争吸附作用
• 1.2.3 描述重金属吸附解吸的数学模型
• 1.3 土壤中重金属形态与有效性的研究
• 1.4 研究内容
• 1.4.1 单一重金属在消落带紫色土中的吸附解吸特性
• 1.4.2 Cu、Zn在紫色土的竞争吸附特征
• 1.4.3 不同阳离子对消落带紫色土中重金属有效性的影响
• 2、材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 单一重金属离子的等温平衡吸附实验
• 2.2.2 单一重金属离子的等温平衡解吸实验
• 2.2.3 Cu、Zn共存时的竞争吸附实验
• 2.2.4 不同阳离子对紫色土中重金属有效态含量的影响
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据分析
• 3、结果与分析
• 3.1 紫色土对单一重金属的吸附解吸特征
• 3.1.1 三种紫色土对Cu的吸附解吸特征
• 3.1.2 三种紫色土对Zn的吸附解吸特征
• d'>3.1.3 紫色土中Cu、Zn的吸附比较及吸附分配系数K_d
• 3.1.3.1 紫色土中Cu、Zn的吸附特征
• d'>3.1.3.2 紫色土中Cu、Zn的吸附分配系数K_d
• 3.2 紫色土中Cu、Zn的竞争吸附特征
• 3.3 不同阳离子对紫色土有效态Cu、Zn含量及pH值的影响
• 3.3.1 不同阳离子对碱性紫色土有效态Cu、Zn含量及pH的影响
• 3.3.2 阳离子对中性紫色土有效态Cu、Zn含量及pH的影响
• 3.3.3 阳离子对酸性紫色土有效态Cu、Zn含量及pH的影响
• 4、讨论
• 4.1 供试紫色土的pH与对Cu、Zn的吸附
• 4.2 供试土壤对Cu、Zn吸附及竞争
• 5、结论
• 参考文献
• 致谢