重金屬汞在中國兩種典型土壤中的吸附解吸特性研究.pdf

1、我國東北地區(qū)是重要的糧食生產(chǎn)基地，同時也是重要的老工業(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)境問題，對自然生態(tài)環(huán)境安全、人類健康和社會經(jīng)濟發(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)，尤其是重金屬進入土壤之后的吸附-解吸行為是其主要作用機理。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程。因此，結(jié)合東北黑土獨特的化學(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制，對了解東北老工業(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照，通過室內(nèi)模擬實驗研究了Hg(Ⅱ)在這兩種土壤中的熱力學(xué)和動力學(xué)吸附特性。分別對熱力學(xué)和動力學(xué)吸附實驗取得的數(shù)據(jù)進行擬合分析，并進行了多種物理

3、及化學(xué)環(huán)境影響因素的控制實驗，以此探討這兩種中國典型土壤對Hg(Ⅱ)的吸附特性，比較其吸附-解吸性能的異同表現(xiàn)，以期充分認識吸附-解吸機理和規(guī)律。 本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： (1)25℃時Hg(Ⅱ)在黑土和紅壤中的等溫吸附-解吸實驗結(jié)果表明：兩者對Hg(Ⅱ)均具有較強的吸附能力，能吸收大于95％的外加Hg(Ⅱ)，其中黑土對Hg(Ⅱ)的最大吸附量(5122mgkg-1)要遠高于紅壤(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方程都適合用來描述Hg(Ⅱ)在土壤中的等溫吸附過程。通過相關(guān)系數(shù)的比較，黑土對Hg(Ⅱ)的等溫吸附曲線用Langmuir方程描述更佳，紅壤對Hg(Ⅱ)的等溫吸附曲線用Freundlich方程描述更佳。擬合方程的參數(shù)表明，黑土對具有比紅壤更高的吸附容量，但紅壤對Hg(

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

6、附實驗中初始pH的梯度設(shè)定，發(fā)現(xiàn)初始pH對Hg(Ⅱ)在黑土和紅壤中的吸附量基本沒有影響。 (5)進行了不同溫度下Hg(Ⅱ)在黑土和紅壤中的等溫吸附-解吸實驗，通過對數(shù)據(jù)進行熱力學(xué)參數(shù)的計算，可知不同溫度下Hg(Ⅱ)在兩種土壤中的吸附自由能ΔG0均為負數(shù)，表示吸附可自動進行；焓變ΔH0也都為負數(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，說明分子吸附重排趨于無序；紅壤的ΔS0則皆為

7、負值，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汞的吸附都較為牢固。 (6)去除有機質(zhì)對吸附影響的實驗結(jié)果表明：有機質(zhì)的去除使兩種土壤對Hg(Ⅱ)的吸附能力都明顯下降，對黑土的影響(最大吸附量減少50％)高于紅壤(減少30％)。失去了有機質(zhì)的黑土解吸率也大于紅壤。 (7)電解質(zhì)濃度變化對吸附影響的實驗結(jié)果表明：當以NaNO3為Hg(Ⅱ)在土壤中吸附的支持電解質(zhì)時，其濃度變化對吸附量基本無影響。SO4