腐殖酸与铁锰铝及其氧化物的相互作用机理研究

【摘要】：在地球生态环境中,腐殖酸(包括胡敏酸HA、富里酸FA等)是分布最为广泛的天然有机物质,几乎所有的环境隔室如土壤、水体(包括河流、湖泊和海洋)和沉积物等当中都有分布。据估计,以腐殖质形态存在于地球表面的有机碳达60×10(11)吨,超过地表生物有机碳的总和(7×10~(11)吨)。由于腐殖酸含有多种功能基,如羧基、醇羟基、酚羟基、醌型羰基和酮型羧基、甲氧基、醛、酮、醚等,因而具有很高的反应活性(如吸附作用、络合作用、氧化还原作用),能与环境中的金属离子、氧化物、氢氧化物、矿物质、有机质、有毒活性污染物等发生相互作用,形成具有千差万别的化学和生物学稳定性的溶于水和不溶于水的物质,这些相互作用对于土壤中养分的保蓄、土壤良好结构的形成、土壤酸碱度调节、水土保持以及土壤和水环境中有害有毒物质的降解或清除、植物元素营养平衡,乃至整个土壤和水生生态系统的结构、功能等方面都起着至关重要的调控作用。 尽管以土壤肥力为中心的腐殖质研究已有一百多年的历史,而腐殖质在生态环境中的作用和意义则是近一二十年来研究的热点,无论是腐殖质在维持土壤肥力还是其对环境物质迁移与循环的中枢调控作用,其内在机制均源于其特殊的理化性质和极高的反应活性。探讨腐殖质组分与金属离子的反应机理,是理解腐殖质对金属离子生物有效性或毒性的调控作用、计算金属离子在环境中存在形态和分布的基础。但由于腐殖质结构的复杂性,国际上的研究主要针对单一元素,且已有大部分研究忽视了腐殖质在溶液中实际存在状态,而偏重于采用不同数学模型拟合实验数据,如分离多配位基模型(Discrete multiligand models)、连续多配位基模型(Continuous multiliand models)等,无论采用上述哪种模型,它们仅仅具有统计学上的意义,不能真正揭示腐殖酸—金属离子的反应机理;国内目前只对钙、铜、锌、镉、汞、铅等能够采用简单的离子选择电极加以研究的两价元素以及镧、钋、铌等部分稀土元素有一定的研究,且只偏重于对络合常数的测定方面,而对于Fe、Al、Mn等缺乏准确度较高的离子选择电极测定的元素的研究则鲜见报道;以往的研究还很少考虑腐殖质组分和具有氧化还原活性