DTPA-LDHs-DGT提取典型元素有效态适用条件研究

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土壤重(类)金属污染是人类面临的重要的环境问题,而重(类)金属的危害性主要取决于其有效态含量。梯度扩散薄膜(DGT)技术是一种提取重(类)金属有效态非常优秀的方法。本课题组自主研发的二乙基三胺五乙酸改性的层状双氢氧化物型DGT(DTPA-LDHs-DGT)是一种可以对阴阳离子同提取、共吸附且价格低廉的一种DGT,研发初期对其吸附离子适用条件,以及大田适用性虽有研究,但是不系统,不全面。本文针对目前DTPA-LDHs-DGT技术存在的一系列问题,以八种重(类)金属为例,对其同时吸附阴阳离子的性能进行了系统深入的分析,并将其应用于大田土壤Cd--稻米Cd富集模型构建中,同时与其他传统提取方法(土壤及土壤溶液Cd全量、醋酸(HAc)、复合有机酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、CaCl2)进行了对比,主要研究结果如下:1.本研究通过测定DTPA-LDHs-DGT的背景空白,对比不同浓度稀硝酸对结合膜的洗脱效率和洗脱时间,扩散膜对八种离子的扩散系数,发现DTPA-LDHs-DGT具有空白背景值低,加酸快速全解离的特点,其结合膜的空白背景值为每片膜含有Mn(Ⅱ)29.91±2.95 ng,Fe(Ⅱ)677.23±10.89ng,Co(Ⅱ)0.67±0.12 ng,Ni(Ⅱ)25.49±1.77 ng,Cu(Ⅱ)12.78±0.70 ng,As(Ⅴ)0.17±0.02 ng,Cd(Ⅱ)1.70±0.11 ng和Pb(Ⅱ)11.51±0.46 ng;结合膜的洗脱液为浓度0.5 mol·L-1的HNO3,洗脱时间为10min,平均洗脱效率为100%±5%;自制扩散凝胶对待测离子的扩散系数(DDGT;E-6·cm2·s-1,25℃)分别为Mn(Ⅱ)2.94,Fe(Ⅱ)6.87,Co(Ⅱ)2.56,Ni(Ⅱ)2.63,Cu(Ⅱ)2.67,As(Ⅴ)3.56,Cd(Ⅱ)2.68和Pb(Ⅱ)2.70。,2.本研究通过测定不同pH及离子强度条件下DTPA-LDHs-DGT对不同离子的吸附效果,不同pH条件下对重(类)金属的吸附容量,不同浓度的重(类)金属共存以及重(类)金属与不同浓度的HA共存条件下离子间是否存在竞争效应进行了研究,结果表明DTPA-LDHs-DGT具有pH及离子强度适用范围广、吸附容量大、离子间竞争效应弱,对HA竞争吸附能力强的特点,其pH适用范围为5~8,离子强度适用范围为0.005~0.1 mol·L-1 NaNO3,pH对待测离子的吸附容量没有影响,其对测试离子的最大吸附容量分别为Mn(Ⅱ)202.9μg·cm-2,Fe(Ⅱ)363.6μg·cm-2,Co(Ⅱ)246.9μg·cm-2,Ni(Ⅱ)88.8μg·cm-2,Cu(Ⅱ)99.5μg·cm-2,As(Ⅴ)75.3μg·cm-2,Cd(Ⅱ)159.8μg·cm-2和Pb(Ⅱ)671.7μg·cm-2,且当溶液中每种离子的浓度均小于90μg·L-1时,离子间没有竞争吸附效应的存在。对于能跨过扩散膜进入DGT的重(类)金属-HA络合物,DTPA-LDHs-DGT结合膜也能将其竞争吸附下来。3.将DTPA-LDHs-DGT应用于土壤-作物模型构建研究中,同时与其他传统提取方法(土壤及土壤溶液Cd全量、醋酸(HAc)、复合有机酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、CaCl2)进行了对比,实验结果表明:DTPA-LDHs-DGT能较好的预测稻米对Cd的吸收富集性能,且能区分土壤库供给能力的差异对稻米富集Cd的影响,与传统化学浸提方法相比,DGT提取的土壤Cd有效态含量与稻米Cd含量具有更好的相关性(R2=0.5854,0.9009,其他方法模型决定系数分别为:总量0.2932、HAc 0.3177、复合有机酸0.3384、EDTA 0.3839、CaCl2 0.4796和土壤溶液提取0.0146),是预测长株潭地区稻米富集Cd较为理想的土壤重金属有效态提取方法。
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