湿地土壤中PCP的吸附—解吸动力学行为研究

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五氯苯酚(PCP)作为典型的有机农药,曾被大量用于杀虫剂,目前在环境中仍有大量残留。有机污染物在土壤中的吸附—解吸行为受有机污染物自身性质、土壤的理化性质、环境条件以及共存污染物等多种因素的影响。因此,研究PCP在河口湿地土壤中的吸附—解吸特性,对了解PCP的区域环境行为、生态风险评价及土壤污染治理具有重要的意义。本文选取辽河口湿地20个站位的表层土壤作为研究对象,探讨了环境因子(温度,pH和盐度),水溶性有机质(草酸,酒石酸,柠檬酸,甘氨酸和葡萄糖)以及重金属离子(Pb2+,Cd2+和Zn2+)对PCP吸附-解吸动力学扩散过程的影响,并分析了PCP在湿地土壤中吸附—解吸过程的主要机理。PCP在湿地土壤中的吸附量随着温度的升高而降低,而解吸量随着温度的升高而增加。在0℃-25℃的温度范围内,辽河口湿地中PCP的吸附和解吸扩散过程均可用拟二级方程很好地拟合,化学扩散和颗粒内扩散是PCP吸附和解吸动力学过程的主要速率控制步骤。在NaCl浓度为0.02mol/L-0.20mol/L的范围内,土壤中PCP的吸附量随着盐度的增加而增加。在NaCl浓度为0.10mol/L-0.50mol/L的浓度范围内,盐度对PCP的解吸过程具有明显抑制作用。化学扩散为土壤中PCP吸附动力学扩散速率的主要控制步骤,而解吸速率则主要受颗粒内扩散过程和物理扩散过程的影响。酸性条件下PCP在湿地土壤中的吸附作用较强,而碱性条件下PCP在土壤中的吸附作用较弱。辽河口湿地土壤中的PCP在pH为8时发生的解吸量最大。化学吸附是PCP在土壤中吸附速率的主要控制步骤,而颗粒内扩散则是土壤中PCP解吸速率的主要控制步骤,伴随非均相扩散和物理扩散过程的影响。草酸,酒石酸和柠檬酸对PCP在土壤中吸附—解吸动力学过程的影响表现为抑制吸附和促进解吸的作用,但由于草酸具有特殊的性质,当浓度为2mmol/L和5mmol/L时对PCP解吸过程的影响表现为抑制作用。由于3种有机酸中活性官能团数目和种类的不同,有机酸在土壤,PCP之间发生的化学反应并不完全相同,表现为对PCP吸附—解吸影响的作用强度不同,其强弱顺序为:柠檬酸>酒石酸>草酸。葡萄糖和甘氨酸对PCP在湿地土壤中吸附—解吸动力学过程的影响具有双重性,对PCP在湿地土壤中吸附—解吸动力学过程的影响均表现为抑制作用。金属离子对土壤中PCP吸附和解吸过程均表现为抑制作用。在单一金属离子-PCP的污染体系中,化学扩散是土壤中PCP吸附速率的主要控制步骤,而解吸速率的主要控制步骤是颗粒内扩散过程,伴随非均相扩散和物理扩散等扩散过程的影响。但由于Pb2+,Cd2+和Zn2+的性质不同,对PCP在土壤中吸附量和解吸量的抑制强度不同,其强弱顺序为Pb2+≥Cd2+>Zn2+。在复合金属离子-PCP的污染体系中,不同的离子组合对PCP吸附—解吸过程产生的复合效应不同。Zn2+和Cd2+以及Cd2+和Pb2+共存时,金属离子对土壤中PCP吸附—解吸过程的影响均表现为拮抗作用,而共存Zn2+和Cd2+对PCP吸附—解吸过程的影响则表现为协同效应。此外,复合体系中各金属离子浓度的变化对PCP在土壤中吸附—解吸扩散过程也具有重要的影响。
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