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柠檬酸对紫色土微团聚体Pb~(2+)吸附解吸的影响研究

李璐娟  
【摘要】:为了有效预测石灰性紫色土区域重金属的环境效应,缓解土壤污染,提高土壤质量,该实验选取名山河流域石灰性紫色土作为研究对象。在添加不同浓度柠檬酸的条件下,采用平衡液吸附法及柠檬酸、HCl解吸法,研究柠檬酸对全土及各粒径微团聚体(2-0.25mm、0.25-0.053mm.0.053-0.002mm、0.002mm) Pb2+吸附解吸的影响特性,及有机质、碳酸钙对其影响特性的影响。最终确定合适的柠檬酸浓度为提高重金属污染土壤的植物修复效率提供参考,进而为农业生产的可持续发展奠定基础,主要研究结论如下:(1)在不同浓度柠檬酸的作用下,石灰性紫色土全土及微团聚体对Pb2+的吸附量均随Pb2+初始浓度的增大而增大,各粒径微团聚体吸附量大小关系为(0.002mm)(2-0.25mm)全土(0.053-0.002mm)(0.25-0.053mm)。在不同浓度的初始Pb2+溶液中吸附量呈单峰曲线,吸附量在柠檬酸(0.1mmol·L-1)达到最高值,峰值过后随着柠檬酸浓度升高而不断下降,在柠檬酸(100mmol·L-1)达到最低值。去除有机质或碳酸钙后,吸附特性与未处理土样相似,吸附曲线仍呈相似的单峰曲线。去除有机质或碳酸钙后,吸附量均较未处理的未处理土样有所下降,吸附减少量随着柠檬酸浓度的升高而增大,在未添加柠檬酸时减少量最低,在柠檬酸(100mmol·L-1)达到最高值。(2)用Langmuir、Freundlich和Temkin方程对未处理土样、有机质去除、碳酸钙去除全土及各粒径微团聚体的等温吸附过程进行拟合,吸附均以Freundlich方程拟合最佳,说明全土及各粒径微团聚体对Pb2+均为多层吸附。方程n值表示等温吸附线性程度,未处理土样的n值与1均较接近,去除有机质或碳酸钙后的的n值不接近1,说明去除有机质或碳酸钙后,Pb2+吸附量与Pb2+初始浓度不接近线性正相关。平衡常数KF值大小反映结合强度及吸附容量,未处理土样、有机质去除和碳酸钙去除的各粒径微团聚体KF值大小关系与有机质、游离氧化铁含量及CEC大小规律一致,以最大KF值排列递增规律为柠檬酸(100mmol·L-1)柠檬酸(10mmol·L-1)柠檬酸(0mmol·L-1)柠檬酸(1mmol-L-1)柠檬酸(0.1mmol-L-1),与最大吸附量Xm规律一致,分别去除有机质和碳酸钙后KF值明显降低。去除有机质和碳酸钙后,紫色土全土及微团聚体的Pb2+分布系数Kd值降低,说明土壤的吸附容量减小。(3)用与吸附条件对应浓度的柠檬酸作为解吸剂进行解吸,未处理土样、有机质去除土样、碳酸钙去除土样的粒径间柠檬酸解吸量与吸附量呈现一致关系:0.25-0.053 mm0.053-0.002 mm全土2-0.25 mm(0.002 mm)。未处理土样柠檬酸解吸量随着初始Pb2+浓度和柠檬酸浓度的增大而递增,且在初始Pb2+浓度为190 mg·L-1、柠檬酸(100mmol·L1)时达到最大值。有机质去除后,在柠檬酸(0-10mmol·L-1)区间,解吸量随添加的柠檬酸浓度增加而升高,峰值过后,柠檬酸(100mmol·L-1)解吸量开始下降,在柠檬酸(10mmol·L-1).初始Pb2+190mg·L-1达到最高值,碳酸钙去除后,柠檬酸解吸曲线与去除有机质的解吸曲线呈现一致趋势。未处理土样柠檬酸解吸率随初始Pb2+和柠檬酸浓度的增大而增加,不同粒径微团聚体的解吸率大小关系为0.25-0.053 mm0.053-0.002 mm全土2-0.25 mm(0.002 mm),与解吸量特性相反。分别去除有机质和碳酸钙后,紫色土全土及微团聚体的解吸率明显增大,增加量随柠檬酸解吸浓度增大而提高,在柠檬酸(100mmol·L-1)达到峰值,静电和外层络合吸附的Pb2+占总吸附量上升,非专性吸附所占比率越大,内层络合吸附相应下降,吸附牢固程度明显降低,并随着初始Pb2+浓度的提高,非专性吸附率升高趋势越明显。(4)用HCl进行解吸,未处理土样、去除有机质土样和去除碳酸钙的全土及各微团聚体呈现不一样的解吸特性。未处理土样的全土及微团聚体间解吸量大小与CEC、有机质、碳酸钙、游离氧化铁含量仍呈正相关:(0.002 mm)2-0.25 mm全土0.25-0.053 mm0.053-0.002 mm, HCl解吸曲线呈峰型曲线,解吸量在柠檬酸0.1mmol·L-1时达到最高值,峰值过后随着吸附试验柠檬酸浓度升高而降低。去除有机质后,HC1解吸量随柠檬酸浓度增大而降低,与初始Pb2+浓度增大呈负相关;HCl解吸率明显降低,解吸率减少量柱状图随柠檬酸解吸浓度增大呈谷型曲线,HCl解吸率减少量在柠檬酸(0.1mmol·L-1)最低;内层螯合吸的Pb2+占总吸附量比例显著下降,专性吸附率降低。去除碳酸钙后,HCl解吸量随柠檬酸浓度呈现先上升后下降的趋势,且趋势随初始Pb2+浓度增大而愈加明显;HCl解吸率有所上升,在不同初始Pb2+浓度下,HCl解吸率增加量均随柠檬酸解吸浓度增大而不断降低;专性吸附率相较未处理土样有所上升。未处理土样、有机质去除、碳酸钙去除后的土样非解吸率不同,非解吸率大小关系为未处理土样有机质去除碳酸钙去除。(5)去除有机质和去除碳酸钙后,柠檬酸影响Pb2+吸附解吸的特性不同。去除碳酸钙与去除有机质相比,吸附量随着柠檬酸浓度变化的幅度更大,柠檬酸解吸减少量更大,吸附和解吸曲线的升降幅度更明显,说明碳酸钙对柠檬酸吸附解吸作用的影响力度更大。柠檬酸解吸率增加量、非解吸率减少量均为碳酸钙去除大于有机质去除。同时,碳酸钙去除后,紫色土全土及微团聚体的HCl解吸率较未处理土样均有所上升,专性吸附率上升,而有机质去除后,紫色土全土及微团聚体的HCl解吸率较未处理土样下降,专性吸附率下降。


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