黃土中不同碳酸鹽—磷酸鹽比例對P形態(tài)的影響及其作用機制.pdf

1、發(fā)生在礦物/水界面的化學反應對營養(yǎng)物質和污染物在水環(huán)境中的遷移和生物有效性有重要作用。磷酸鹽(P)是植物生長的必需營養(yǎng)元素，由于潛在磷礦資源短缺和對磷肥料需求的快速增長，P被定義為消失的養(yǎng)分。同時應用XRD、SEM/EDX、FTIR及MAS-NMR等技術手段研究不同碳酸鹽和磷酸鹽配比對碳酸鈣形成轉化的影響。使用ESEM和XPS研究了碳酸鹽與大量磷酸鹽結合對含碳酸鹽和不含碳酸鹽的黃土以及P形態(tài)的影響。主要結果如下:
　　1.磷酸鹽在

2、方解石礦物表面的吸附與沉淀
　　磷酸鹽可以在方解石礦物表面發(fā)生吸附或沉淀反應，可能是因為在堿性條件下磷酸鹽有極強的粘結作用。在低P濃度(8.2-32.8μM)條件下，磷酸鹽會快速吸附在方解石表面，隨后吸附速率逐漸降低。使用Langmuir擬合pH8.0～9.0磷在方解石表面的結合量，其最大結合量qmax分別為28.5，27.5和21μMP/g。使用ECOSAT進行形態(tài)分布計算表明在低磷濃度下(8.2-24.6μM)主要以吸附反應為

3、主，并且隨著磷酸鹽濃度的增加吸附量逐漸降低，最終發(fā)生沉淀。在pH8.0時，礦物/水界面的主要機理是吸附，而在高磷濃度(49.3和57.5μM)且pH9.0時則完全沉淀。表明在離子交換過程中pH是一個非常重要的影響因素。礦物/水界面的反應機理先以吸附為主，隨著磷酸鹽濃度的增加形成沉淀，且沉淀過程為羥基磷灰石礦物的形成。
　　2.碳酸鹽和磷酸鹽配比對磷酸鈣轉化的影響
　　在低PO43-/CO32-配比(0.15)和高PO43-/

4、CO32-配比(1.8)條件下，碳酸鹽與磷酸鹽反應的產物分別是碳水合物和羥基磷灰石(HAP)。FTIR光譜表明PO43-/CO32-=1.8時，產物中CO32-的峰消失，且1412和1460cm-1處的峰為PO43-的振動歸屬。通過NMR研究表明，PO43-/CO32-0.15-0.6和1.2-1.8摩爾比時，形成產物中分別為2.9和2.7ppm。光譜結果與磷灰石或羥基磷灰石層中的鈣-磷酸鹽含量相關。通過XRD以及SEM/EDX獲得的礦

5、物類型、形貌、化學成份與FTIR和NMR獲得的結果相一致。在鈣-磷酸鹽形成沉淀過程中，PO43-/CO32-的配比有效地降低碳酸鹽的活性，隨后在HAP形成過程中被固定。
　　3.磷酸鹽與黃土的結合反應
　　本研究中，進行了含碳酸鹽以及不含碳酸鹽的黃土對無機磷酸鹽(Pi)吸附量的比較研究。結果表明含碳酸鹽以及不含碳酸鹽的黃土樣品的結果均可由單位點Langmuir模型很好地擬合(R2=0.997和0.985)，含碳酸鹽的黃土以及

6、不含碳酸鹽的黃土的最大吸附量分別為qmax=15.9μMP/g和qmax=10.3μMP/g。含有碳酸鹽和沒含碳酸鹽的黃土，分別與磷結合發(fā)生的變化，它們之間的差異是5.6μM。含有17％的碳酸鹽的黃土，吸附磷的值是(15.9μMP)，那1克碳酸鹽能結合43.2μMP，數據顯示，含碳酸鹽比無碳酸鹽的黃土結合P能力高4.2倍。表明含碳酸鹽的黃土是磷酸鹽的一種高效結合劑。含碳酸鹽的黃土對含P137.5μM樣品的P分級吸附量按順序列為:Ca10

7、-P(440mg/kg)＞Ca2-P(48mg/kg)＞Fe-P(12mg/kg)＞O-P(11.6mg/kg)＞Ca8-P(9.0mg/kg)＞Al-P(3.2mg/kg)，吸附量分別為84％、9.0％、2.0％、2.0％、1.7％和0.6％。X射線光電子能譜結果表明，碳酸鹽黃土吸附含P為39.3和118μM的樣品的原子比分別為Ca/P=44，2.37，C/P=141，6.4以及O/P=652，40。碳酸鹽黃土分別吸附39.3和118