有机酸对名山河流域土壤无机纳米微粒吸附-解吸Cd2+影响研究

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镉作为一种环境污染物质,对于人体和动物来说是一种累积性剧毒元素。镉不但能影响空气和水的质量,还能进入土壤进而通过食物链的传递而间接影响人体健康,因此,研究镉在土壤中的环境化学行为尤为重要。对本文通过超声-离心-冻融的方法,提取名山河流域黄壤中的纳米微粒(≤100nm),以原土及提取的纳米微粒为研究对象,采用平衡液吸附法及NaNO3、HCl解吸剂解吸法进行室内吸附-解吸模拟试验,分别研究了不同分子量有机酸(柠檬酸、富里酸、EDTA)及其组合(柠檬酸+EDTA、柠檬酸+富里酸、富里酸+EDTA)对土壤纳米微粒吸附-解吸Cd2+特性影响,主要研究结论如下:(1)土壤原土及无机纳米微粒对Cd2+的等温吸附量均随Cd2+初始浓度的升高而升高,且低浓度阶段吸附量的增加速率高于高浓度阶段。土壤无机纳米微粒对Cd2+的非专性吸附解吸率随外添加Cd2+浓度的升高而升高,而专性吸附解吸率随之升高而下降。比较土壤无机纳米微粒对Cd2+的解吸率,发现土壤无机纳米微粒对Cd2+的吸附以专性吸附为主,非专性吸附为辅。纳米微粒对Cd2+的热力学及动力学吸附量均大于原土,表明纳米微粒对Cd2+等重金属有较强的固持能力。原土及无机纳米微粒Cd2+的等温吸附过程以Freundlich方程拟合效果最佳达到极显著水平(p<0.01),动力学吸附过程包括快速及慢速两个反应阶段,拟合方程则以双常数方程更为理想。(2)在单一有机酸作用下,无机纳米微粒对Cd2+的吸附量总体大小关系表现为富里酸>柠檬酸>EDTA。在低浓度情况下,有机酸对Cd2+的吸附起促进作用,在浓度较高的情况下则起抑制作用,但每种酸的浓度范围并不一致。非专性吸附解吸率在Cd2+初始浓度较低(≤10 mg/L)时,富里酸大于柠檬酸及EDTA;在浓度较高(>10 mg/L)时则以柠檬酸较高。等温方程拟合以Freundlich方程效果最佳,说明土壤纳米微粒对Cd2+的吸附为多层吸附。动力学吸附过程可分为快速反应阶段(吸附反应前60mmin)和之后的慢速反应阶段。动力学试验中各供试有机酸均能抑制土壤纳米微粒对Cd2+的吸附,其大小关系表现为富里酸>柠檬酸>EDTA,表明EDTA最能降低土壤纳米微粒对Cd2+的吸附。动力学拟合方程仍以双常数方程为最优,达到极显著水平(p<0.01)。(3)三种组合有机酸的等温吸附量均随Cd2+初始浓度的升高而升高,吸附量大小关系与吸附率大小关系一致。等温吸附率大小关系表现为:柠檬酸+EDTA>柠檬酸+富里酸>富里酸+EDTA。在三种组合有机酸影响下土壤纳米微粒对Cd2+的易解吸率大小关系表现为:柠檬酸+富里酸>柠檬酸+EDTA>富里酸+EDTA。三种有机酸组合作用下,Cd2+的等温吸附过程均以Freundlich方程为最佳,达到了极显著水平(p<0.01)。在三种有机酸组合影响下,土壤无机纳米微粒对Cd2+的动力学吸附在反应开始的60min内,吸附量迅速增加,之后随着时间的延长增加速度变缓,最终趋于平衡。吸附量研究表明柠檬酸+富里酸及富里酸+EDTA组合均能明显降低土壤纳米微粒对Cd2+的吸附,而柠檬酸+EDTA组合则起促进作用。动力学吸附过程拟合仍以双常数方程为最优,达到极显著水平(p<0.01),拟合效果最差的模型为一级动力学方程和二级动力学方程,仅达到显著水平(p<0.05)。(4)不同有机酸及其组合作用下,土壤无机纳米微粒对Cd2+的等温吸附量均随Cd2+初始浓度的增加而增大。所有有机酸在浓度较低(0.1~0.5mmol/L)时均起促进作用,浓度较高(1~10mmol/L)时起抑制作用,然而1 mmol/L的柠檬酸+EDTA组合对土壤纳米微粒吸附Cd2+具有促进作用。土壤纳米微粒对Cd2+的动力学吸附量大小关系表现为:柠檬酸+EDTA>富里酸>柠檬酸+富里酸>柠檬酸>富里酸+EDTA>EDTA。总的来看,柠檬酸+EDTA组合最能促进土壤纳米微粒对Cd2+的吸附,而EDTA则表现了较强的抑制作用。
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