重金屬離子與恒電荷土壤黏粒的相互作用及能量關(guān)系研究.pdf

1、土壤黏粒與電解質(zhì)離子間的相互作用及能量關(guān)系一直是土壤科學(xué)家希望解決的課題，本工作是基于新近建立的懸液Wien效應(yīng)方法完成的。本文介紹了陽(yáng)離子與土壤黏粒間平均結(jié)合自由能和平均吸附自由能的計(jì)算公式，再用懸液Wien效應(yīng)法研究了重金屬陽(yáng)離子(Zn<'2+>、Cd<'2+>、Cu<'2+>、Pb<'2+>、Cr<'2+>)及其它離子(Na<'+>、K<'+>、NH<'+><,4>、Ca<'2+>)與主要黏土礦物(蒙脫土、高嶺土等)和主要的恒電荷

2、土壤(黃棕壤、棕壤、黑土等)黏粒間的相互作用及能量關(guān)系。主要研究結(jié)果如下： 單價(jià)陽(yáng)離子在高嶺石上的平均結(jié)合自由能要小于二價(jià)陽(yáng)離子，但在蒙脫石上兩者較接近。五種重金屬陽(yáng)離子中，Pb<'2+>在高嶺石和蒙脫石上的△G<,bi>均最高，三價(jià)Cr<'3+>在兩種黏土礦物上均為最小。高嶺石對(duì)供試陽(yáng)離子的△G<,bi>在0.75-2.6 kJmol<'-1>之間，蒙脫石在7.9-9.9 kJmol<'-1>之間，遠(yuǎn)大于高嶺石。供試陽(yáng)離子與高

3、嶺石、蒙脫石的平均吸附自由能總體上隨場(chǎng)強(qiáng)的增加而增大。同價(jià)陽(yáng)離子在相同場(chǎng)強(qiáng)下與黏土礦物的△G<,ad>很接近，不同價(jià)態(tài)之間△G<,ad>的順序?yàn)槎r(jià)陽(yáng)離子>單價(jià)陽(yáng)離子。Cr<'3+>在兩種礦物上的△G<,ad>也均最小。在100 kV cm<'-1>電場(chǎng)強(qiáng)度下，陽(yáng)離子與蒙脫石的△G<,ad>為高嶺石的2-4倍。 不同陽(yáng)離子與不同土壤黏粒間的△G<,bi>不同。單價(jià)陽(yáng)離子與供試土壤之間的平均結(jié)合自由能范圍為4.7-7.4 kJm

4、ol<'-1>之間；二價(jià)陽(yáng)離子為7.2-9.9 kJmol<'-1>；Cr<'3+>的△G<,bi>略小于二價(jià)重金屬陽(yáng)離子。Pb<'2+>在四種供試土壤上的平均結(jié)合自由能始終最大，在黑土上高達(dá)9.88 kJmol<'-1>。四種供試土壤對(duì)單價(jià)陽(yáng)離子平均結(jié)合自由能順序?yàn)辄S棕壤Ⅰ<棕壤<黃棕壤Ⅱ<黑土。在四種供試土壤中，單價(jià)陽(yáng)離子的平均吸附自由能都隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增大。在低場(chǎng)強(qiáng)(15-80 kV cm<'-1>)下，不同陽(yáng)離子的吸附能△G

5、<,ad>無(wú)顯著差異，但在場(chǎng)強(qiáng)100 kV cm<'-1>以上，二價(jià)陽(yáng)離子的△G<,ad>明顯大于單價(jià)陽(yáng)離子，其差值隨著場(chǎng)強(qiáng)的增加而增大，約在2-2.5倍之間。在各個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度下，不同土壤對(duì)不同重金屬離子的吸附能順序也不同。Zn<'2+>的△G<,ad>順序?yàn)楹谕?黃棕壤Ⅰ>黃棕壤II>棕壤，Ca<'2+>為黃棕壤Ⅰ>黑土>黃棕壤Ⅱ>棕壤，Cd<'2+>和Pb<'2+>都為黃棕壤Ⅱ>黃棕壤I>棕壤>黑土。 在低電場(chǎng)下，測(cè)定二價(jià)陽(yáng)