可變電荷土壤與陰陽離子的相互作用及能量關(guān)系研究.pdf

1、本工作基于新近建立的懸液Wien效應(yīng)方法，研究了陰陽離子與可變電荷土壤粘粒之間的相互作用和能量關(guān)系。研究內(nèi)容包括陽離子( Na+、K+、NH4+、Ca2+、Zn2+、Cd2+和La3+)與粘土礦物高嶺石、三種可變電荷土壤(紅壤、赤紅壤和磚紅壤)和去鐵紅壤及磚紅壤間的Wien效應(yīng)；陰離子(Cl-、NO3-，ClO4-、SO42-和PO43-)與紅壤及磚紅壤間的Wien效應(yīng)；并測算了陽離子與紅壤粘粒的能量關(guān)系。主要研究結(jié)果如下： 在

2、測試pH條件下，磚紅壤懸液中正電荷密度占到負電荷密度的40～80％，赤紅壤懸液中為8.4～22％，紅壤懸液為1.6～6.4％；在紅壤懸液中可以忽略正電荷的影響。為不同氯化物飽和的三種可變電荷土壤粘粒懸液電場下Wien效應(yīng)差異很大。各氯化物飽和紅壤懸液的相對電導(dǎo)率(△EC)隨著場強的增加而明顯增大，且不同的氯化物飽和懸液的△EC之間差異明顯；磚紅壤懸液的△EC隨著場強的增加沒有出現(xiàn)變化，在所測場強下(15 kV cm-1到250 kV c

3、m-1)各懸液的△EC都幾乎為1；而赤紅壤懸液中的現(xiàn)象處于前兩者之間。土壤鐵鋁氧化物組分對其懸液Wien效應(yīng)影響明顯。 紅壤粘粒在測試pH(5.6-7.1)下，根據(jù)公式計算的粘粒與陽離子Na+、K+、NH4+、Ca2+、Zn2+和Cd2+的平均結(jié)合自由能分別為4.50、7.35、7.15、9.12、9.84和9.63 kJmol-1，與活度測量法算得的結(jié)果是基本一致的。不同懸液的動電測量結(jié)果表明，含二價陽離子懸液中粘粒的ζ電位十

4、分接近(-44 mV左右)，而含單價陽離子懸液粘粒的ζ電位要負得多(-56～-70 mV)。在低場強下，不同陽離子的平均吸附自由能△Gad沒有什么差異，在高場強(＞100 kV cm-1)下，二價陽離子的吸附能約為單價離子的2-3倍。 在14 kV cm-1到200 kV cm-1的場強下，去除氧化鐵后的紅壤與磚紅壤懸液的電導(dǎo)率增加量大于未去鐵的紅壤和磚紅壤懸液的電導(dǎo)率增加量；去鐵紅壤和磚紅壤懸液隨場強的電導(dǎo)率增量隨陽離子的變化

5、順序為：Na+＞ Ca2+＞ Cd2+＞ La3+。氧化鐵在陽離子與可變電荷土壤尤其是氧化鐵含量較高的土壤粘粒上的結(jié)合能和吸附能的影響上作用明顯，且含量越大影響越明顯；比起紅壤來，氧化鐵對磚紅壤與陽離子的結(jié)合能和吸附能影響更加明顯。 高嶺石懸液中，各種陽離子飽和懸液Wien效應(yīng)曲線與紅壤懸液結(jié)果相似。由電導(dǎo)測量計算的平均結(jié)合自由能二價離子大于一價離子。一價離子與高嶺石結(jié)合能大小順序為Na+＜NH4+＜K+，與紅壤懸液中的順序相同

6、。二價陽離子中的結(jié)合能Pb2+的最大(3.44 kJ mol-1)，而最小為Zn2+。不同懸液的動電測量結(jié)果與電導(dǎo)法測算的平均結(jié)合自由能是一致的。各種供試陽離子與高嶺石的平均吸附自由能總體隨場強的增加而增大，在高場強下，相同價態(tài)的陽離子在礦物上的吸附能很接近，但不同價態(tài)的陽離子間差異就很顯著；二價陽離子的平均吸附自由能明顯大于單價陽離子，其差值隨場強的增大而增大，但三價陽離子La3+的平均吸附自由能卻小于單價陽離子。 不同鈉鹽飽

7、和的紅壤和磚紅壤土壤粘粒在去離子水中的懸液電導(dǎo)率是很不一樣的。酸飽和土壤懸液吸附的陰離子的種類和性質(zhì)影響著懸液Wien效應(yīng)。鹽酸、硝酸和次氯酸飽和紅壤懸液的初始電導(dǎo)率EC0比較接近，電導(dǎo)率隨場強的增加而增大；硫酸和磷酸飽和的紅壤懸液EC0大于一價酸飽和懸液EC0，但懸液在所測場強下變化卻不明顯。 在負電荷占多數(shù)的紅壤懸液中，其吸附的陽離子的種類和性質(zhì)決定著懸液在電場下電導(dǎo)率的大小，陰離子的種類和性質(zhì)對其電導(dǎo)影響較小；在正負電荷相