可变电荷土壤对重金属的吸附研究.docx

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1、近代工农业的发展，天然水环境的污染日益严重。作为水体中的主要污染物之一，重金属越来越受到人们的普遍关注。不可降解性、迁移性小以及易土壤中富集等特点，经水、植物等介质最终影响人类健康。本文主要研究了可变电荷土壤对重金属的单相吸附及影响其的相关因素。以CM+为目标污染物，通过改变环境因素如温度、pH、离子强度等因素，来确定可变电荷土壤对CM+吸附的最佳条件,并通过Zeta电位测定仪监测可变电荷土壤吸附CM+的表面电荷变化来探究其吸附机理。本文研究结果表明：（1）pH：可变电荷土壤吸附铜离子的吸附率基本上与PH值成正比例关系，有着明显的增长，但是当PH增加到一定值时，吸附率增长速度变缓。（2）离子强

2、度：随着离子强度的提高，可变电荷土壤对于铜离子的吸附效果明显降低。（3）有机酸：酒石酸对于可变电荷土壤吸附铜离子的影响效果最好，依次是草酸、对照组；土壤中CM+的吸附随着投加量的增加而增加，但是随着投加量的提高，增速明显变缓。（4）重金属：重金属离子存在下会抑制可变电荷土壤吸附CM+效果：且抑制顺序为：Cd2+Hg2+;（5）热力学：随着温度升高，吸附量增大，可能原因是吸附是一个吸热过程。Langmuir模型在描述可变电荷土壤对铜离子的吸附行为上要优于Freundlich模型。（6）动力学：可变电荷土壤对重金属的吸附速度很快，在2.0h左右吸附基本达到平衡。可变电荷土壤吸附铜离子的动力学原理符

3、合假二次动力学模型。关键词：可变电荷土壤；铜离子；吸附AbstractWiththedevelopmentofmodemindustryandagriculture,thepollutionofwaterenvironmentbecomesworse.Peoplepaymoreattentiontoheavymetals,whichistheoneofthemainpollutants.Withthecharacteristicsofnon-degradation,littlemobilityandeasytoenrichmentinsoil,heavymetalswillultimately

4、affecthumanhealththoughwater,plantsandothermedia.Thispapermainlystudiesthevariablechargesoils,single-phaseadsorptionofheavymetalsandtheaffectingfactors.Cu2+asthetargetpollutant,thisexperimentchangestheenvironmentalfactorssuchastemperature,pH,ionicstrengthandsoon,todeterminewhichisthebestconditionfor

5、thevariablechargesoilsadsorbingCu2+.ThroughtheZetapotentialanalyzer,wemonitorthesurfacechargeofvariablechargesoilstoexploretheadsorptionmechanism.Inthispaper,(1) pH:theadsorptionrateofvariablechargesoilsadsorbingCu2+isessentiallyproportionaltothepHvalue,butwhenthepHincreasestoacertainvalue,theadsorp

6、tionrateofgrowthbecomessmall.(2) Ionicstrength:withtheincreaseofionicstrength,theeffectonCu2+adsorptionbyvariablechargesoilssignificantlyreduces.(3) Organicacid:theeffectoftartaricacidforCu2+adsorptionbyvariablechargesoilsisthebest,followedbyoxalicacidandthecontrolgroup;theadsorptionrateofCu2+increa

7、seswiththedosageincreasing;butasthedosageincreased,thegrowthratesignificantlybecomessmall.(4) Heavymetals:ThepresenceofheavymetalsinhibittheadsorptionofCu2+byvariablechargesoils,theeffectonCu2+,sadsorptionbyvariablechargesoils:Cd2+Hg2+.(5) Thermodynamics:asthetemperatureincreases,theadsorptioncapaci

8、tyincreases;thismaymeanstheadsorptionisanendothermicprocess.LangmuirandFreundlichmodelsareusedtodescribetheadsorptionisotherms.ResultsindicatethatLangmuirmodelisfittoexperimentaldatawell.(6) Kinetics:theadsorptionofvariablechargesoilsonheavymetalsisveryfast,inabout2.0hadsorptionequilibriumisachieved

9、.Thepseudo-second-orderkineticmodelisappliedtodescribethekineticdata.Theexperimentaldataagreeswithpseudo-second-orderkineticmodelwell.Keyword：Variablechargesoil,Copperion,adsorption目录摘要错误!未定义书签。Abstract错误!未定义书签。第一章绪论错误!未定义书签。1.1 研究背景错误!未定义书签。1.2 国内外研究现状错误!未定义书签。1.3 水环境重金属污染现状错误!未定义书签。1.3.1 国内水环境重金属污

10、染现状错误!未定义书签。1.3.2 国外水环境重金属污染现状错误!未定义书签。1.4 重金属在可变电荷土壤/水界面的吸附机理及其影响因素错误!未定义书签。1.4.1 重金属在可变电荷土壤/水界面的吸附机制错误!未定义书签。1.4.2 重金属在可变电荷土壤吸附的影响因素错误!未定义书签。1.5 研究意义及内容错误!未定义书签。第二章实验材料、设备和方法错误!未定义书签。2.1 实验试剂与仪器错误!未定义书签。2.1.1 实验试剂与材料错误!未定义书签。2.1.2 实验仪器错误!未定义书签。2.2 试验方法错误!未定义书签。2.2.1 供试土样错误!未定义书签。2.2.2 土壤基本性质的测定错误!

11、未定义书签。2.2.3 影响因素实验错误!未定义书签。2.2.4 吸附热力学研究方法错误!未定义书签。2.2.5 吸附动力学研究方法错误!未定义书签。2.3 实验分析方法错误!未定义书签。2.3.1 标准曲线错误!未定义书签。第三章土壤样品基本性质的表征错误!未定义书签。3.1XRF错误!未定义书签。3.2零点电位的确定(pHzPc)错误!未定义书签。3.3土壤样品基本性质的测定结果错误!未定义书签。3.4FT-IR红外光谱测定错误!未定义书签。3.5吸附前后的电镜扫描错误!未定义书签。第四章可变电荷土壤吸附对Cu2+影响因素的研究错误!未定义书签。4.1 PH值的吸附影响错误!未定义书签。4

12、.2 离子强度的吸附影响错误!未定义书签。4.3 有机酸的吸附影响错误!未定义书签。4.4 重金属的吸附影响错误!未定义书签。4.5 本章小结错误!未定义书签。第五章铜离子吸附的热力学与动力学研究错误!未定义书签。5.1 铜离子吸附热力学研究错误!未定义书签。5.2 铜离子吸附动力学研究错误!未定义书签。5.3 本章小结错误!未定义书签。第六章结论与展望错误!未定义书签。6.1 结论错误!未定义书签。6.2 展望错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。第一章绪论1.1 研究背景土壤与我们的生活息息相关，是我们获取食物和其他能源的基础。随着工业以及农业生产越来越现代化，

13、重金属污染己经成为一个危害全球环境质量的主要问题。全球范围内，有毒重金属含量在土壤中急剧增加，重金属被作物吸收进入食物链而最终被人体摄取，这将严重威胁人类健康氏4】。我国区域农业环境重金属污染情况非常严重。据统计，在1980年时，我国工业三废污染耕地面积仅为266.7万hm2,在1992年面积大幅度增加到了1000万hm2f5,由于重金属的污染，导致我国每年粮食减产超过1000万吨，被重金属污染的粮食更是多达1200万吨，合计经济损失每年至少要200亿元。全球人口数量的快速增加、工业生产越来越现代化以及城市化发展的步伐不断提高，土壤这一人类赖以生存的基础所承受的压力越来越高。目前，全世界平均每

14、年排放Hg约1.5万吨,Cu340万吨,Pb500万吨,Mnl500万吨,NilOo万吨。土壤由于自身的性质成为了这些重金属污染物的归宿地。随着人类的发展，土壤重金属污染的问题越来越严重、土壤肥力退化、农作物产量的降低以及品质的下降，严重影响地球的环境质量以及经济的可持续发展。在地球上，有两种存在明显差异的土壤体系，一种是以恒电荷表面的粘土矿物为主,主要分布在温带地区，另外一种以恒电位表面的粘土矿物为主，主要分布在热带及亚热带地区。随着全球的农业发展重心慢慢转移到热带以及亚热带地区，于是，对于含永久电荷产物和可变电荷矿物混合体系土壤表面化学特性的研究越来越受到人们的重视，“可变电荷土壤”的概念

15、也是那时提出的。在“可变电荷土壤”中，土壤的“可变电荷”是相对于“永久电荷”来说的。土壤之所以区别于纯砂，主要是因为土壤中带有电荷，这也是土壤具有肥力的原因。“可变电荷土壤”主要指热带、亚热带含有大量氧化铁铝的氧化土、温带灰土和含大量水铝英石的火山灰土。我国热带和亚热带地区的“可变电荷土壤”包括有砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤、棕黄壤等主要土壤，以及由这些土壤发育而来的水稻土。统称为红壤系列或富铝化土纲，习惯称“南方红（黄）壤”。土壤中重金属的毒性、农作物对于重金属的吸收以及重金属从陆地向地表水体的迁移，这些主要由土壤溶液中重金属的浓度所决定网。土壤对重金属的吸附和解吸过程是重金属浓度的一个重要因素&L关于土壤中重金属吸附和解吸过程的研究，国内外目前多是以温带地区的恒电荷土壤为供试土样，对于重金属在可变电荷土壤中的吸附和解吸研究相对较少134在我国南方热带、亚热带地区分布有很大一部分面积的可变电荷土壤（砖红壤）皿。这类土壤由于遭受到相对较强烈的风化和淋溶作用，使其表面不仅带有负电荷，还带有一定数量的正电荷。与恒电荷土壤相比，可变电荷土壤的负电荷量阳离子交换量（CEC）相对要低一些，因此可变电荷土壤对于重金属的吸附容量要低于恒电荷土壤。另外，由于可变电荷土壤一般呈酸性，在可变电荷土壤中重金属离子的活性相对要高于恒电荷士壤。1.2 国内外研究现状随着近代工农业的发展，天然水环