重金屬汞在中國(guó)兩種典型土壤中的吸附解吸特性研究.pdf

1、我國(guó)東北地區(qū)是重要的糧食生產(chǎn)基地，同時(shí)也是重要的老工業(yè)基地。重金屬污染是其環(huán)境污染的主要特征之一，其中土壤汞污染是這一地區(qū)歷史悠久、污染突出的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境安全、人類(lèi)健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了巨大的潛在威脅。重金屬污染土壤的治理與修復(fù)，首先要了解土壤重金屬的有效性，其有效性的大小與重金屬在土壤界面中的吸附-解吸密切相關(guān)，尤其是重金屬進(jìn)入土壤之后的吸附-解吸行為是其主要作用機(jī)理。重金屬在土壤中的吸附-解吸作用是影響其在環(huán)境中的濃度

2、、遷移、轉(zhuǎn)化、生物可利用性及毒性的重要過(guò)程。因此，結(jié)合東北黑土獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和區(qū)域特征，研究重金屬汞在典型黑土中的固定與釋放機(jī)制，對(duì)了解東北老工業(yè)基地土壤中汞的污染危害性具有十分重要的理論和實(shí)際意義，為治理汞污染土壤提供理論基礎(chǔ)。 本研究選擇東北典型黑土為供試土壤并以南方典型紅壤作為對(duì)照，通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究了Hg(Ⅱ)在這兩種土壤中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)吸附特性。分別對(duì)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，并進(jìn)行了多種物理

3、及化學(xué)環(huán)境影響因素的控制實(shí)驗(yàn)，以此探討這兩種中國(guó)典型土壤對(duì)Hg(Ⅱ)的吸附特性，比較其吸附-解吸性能的異同表現(xiàn)，以期充分認(rèn)識(shí)吸附-解吸機(jī)理和規(guī)律。 本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下： (1)25℃時(shí)Hg(Ⅱ)在黑土和紅壤中的等溫吸附-解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩者對(duì)Hg(Ⅱ)均具有較強(qiáng)的吸附能力，能吸收大于95％的外加Hg(Ⅱ)，其中黑土對(duì)Hg(Ⅱ)的最大吸附量(5122mgkg-1)要遠(yuǎn)高于紅壤(1781mgkg-1)，約為后

4、者的3倍。兩種土壤結(jié)合Hg(Ⅱ)的解吸量和解吸率都非常低(<0.5％)，且紅壤的解吸率高于黑土。 (2)Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程都適合用來(lái)描述Hg(Ⅱ)在土壤中的等溫吸附過(guò)程。通過(guò)相關(guān)系數(shù)的比較，黑土對(duì)Hg(Ⅱ)的等溫吸附曲線(xiàn)用Langmuir方程描述更佳，紅壤對(duì)Hg(Ⅱ)的等溫吸附曲線(xiàn)用Freundlich方程描述更佳。擬合方程的參數(shù)表明，黑土對(duì)具有比紅壤更高的吸附容量，但紅壤對(duì)Hg(

5、Ⅱ)的吸附強(qiáng)度卻大于黑土。 (3)25℃時(shí)Hg(Ⅱ)在黑土和紅壤中的吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Hg(Ⅱ)在土壤中的吸附過(guò)程可分為開(kāi)始的快速吸附和隨后的慢速吸附兩個(gè)階段，快速反應(yīng)階段的吸附量和吸附速率均遠(yuǎn)大于慢速反應(yīng)階段。通過(guò)不同動(dòng)力學(xué)方程的擬合和其相關(guān)系數(shù)的比較，Elovich方程最適合描述動(dòng)力吸附過(guò)程。由擬合方程參數(shù)計(jì)算出，與紅壤相比，黑土的瞬時(shí)吸附速率更大，平均吸附速率更快，快速反應(yīng)階段時(shí)間更短。 (4)通過(guò)等溫吸

6、附實(shí)驗(yàn)中初始pH的梯度設(shè)定，發(fā)現(xiàn)初始pH對(duì)Hg(Ⅱ)在黑土和紅壤中的吸附量基本沒(méi)有影響。 (5)進(jìn)行了不同溫度下Hg(Ⅱ)在黑土和紅壤中的等溫吸附-解吸實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力學(xué)參數(shù)的計(jì)算，可知不同溫度下Hg(Ⅱ)在兩種土壤中的吸附自由能ΔG0均為負(fù)數(shù)，表示吸附可自動(dòng)進(jìn)行；焓變?chǔ)0也都為負(fù)數(shù)，表明兩種土壤中Hg(Ⅱ)的吸附都為放熱反應(yīng)，且紅壤的放熱大于黑土；黑土的ΔS0基本為正值，說(shuō)明分子吸附重排趨于無(wú)序；紅壤的ΔS0則皆為

7、負(fù)值，表明其吸附使微觀分子趨于有序排列。Qm均為正值表明兩種土壤對(duì)汞的吸附都較為牢固。 (6)去除有機(jī)質(zhì)對(duì)吸附影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：有機(jī)質(zhì)的去除使兩種土壤對(duì)Hg(Ⅱ)的吸附能力都明顯下降，對(duì)黑土的影響(最大吸附量減少50％)高于紅壤(減少30％)。失去了有機(jī)質(zhì)的黑土解吸率也大于紅壤。 (7)電解質(zhì)濃度變化對(duì)吸附影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)以NaNO3為Hg(Ⅱ)在土壤中吸附的支持電解質(zhì)時(shí)，其濃度變化對(duì)吸附量基本無(wú)影響。SO4