土粒表面電場(chǎng)作用下鋅離子的吸附-解吸平衡與動(dòng)力學(xué).pdf

1、有關(guān)土壤吸附重金屬的研究，一直是土壤化學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)。土壤對(duì)重金屬離子的吸附/解吸與土壤表面電荷性質(zhì)密切相關(guān)。由于恒電荷土壤和可變電荷土壤的表面電化學(xué)性質(zhì)明顯不同，可以得知重金屬離子在這兩類土壤中的吸附/解吸行為也不相同。目前對(duì)于土壤中的重金屬的吸附/解吸及其影響因素已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究并取得了許多重要的進(jìn)展。土壤表面電化學(xué)性質(zhì)制約著重金屬離子在土壤膠體表面的擴(kuò)散、吸附、解吸行為，是影響土壤吸附/解吸重金屬最

2、根本的因素之一。 所有這些研究都存在一個(gè)主要問(wèn)題：沒(méi)有考慮土壤顆粒外電場(chǎng)對(duì)離子吸附/解吸的影響。然而，土壤又是一個(gè)巨大的外電場(chǎng)體系。因此，要準(zhǔn)確描述離子在土壤中的擴(kuò)散傳輸過(guò)程就必須考慮土壤中的強(qiáng)大外電場(chǎng)。外電場(chǎng)中離子擴(kuò)散方程以及土壤表面電化學(xué)性質(zhì)方法的建立為研究外電場(chǎng)中的離子擴(kuò)散奠定了方法和理論基礎(chǔ)。 本文采用流恒法對(duì)黃壤和中性紫色土表面電荷總量、表面電位、表面電荷密度、表面電場(chǎng)強(qiáng)度以及比表面積進(jìn)行了測(cè)定和計(jì)算，并進(jìn)

3、行比較分析：采用流恒法研究Zn2+在兩種土壤中的吸附/解吸特征。分析吸附/解吸的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。研究結(jié)果表明： (1)采用平衡流動(dòng)法測(cè)定2：1型和1：1型電解質(zhì)體系中電荷性質(zhì)參數(shù)。供試土樣加入10％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))蒙脫石的鎂、鋅飽和樣的表面電位、表面電荷密度、表面電場(chǎng)強(qiáng)度均比沒(méi)有加蒙脫石的土樣高。在1：1型電解質(zhì)體系中，供試土樣的表面電位、表面電荷密度、表面電場(chǎng)強(qiáng)度均較2：1型電解質(zhì)體系中高。 (2)在不同支持電解質(zhì)體系中

4、，Zn2+的吸附量不同。對(duì)于同一類型的電解質(zhì)體系，濃度高(0.1mol/L)時(shí)，表面電荷由支持電解質(zhì)中的陽(yáng)離子中和，且表面電位很低，土樣表面鋅離子的吸附量較低，這部分鋅離子主要為專性吸附態(tài)。結(jié)果表明黃壤的專性吸附容昔較紫色土大。相反，當(dāng)支持電解質(zhì)濃度低(10-4mol/L)時(shí)，支持電解質(zhì)中的陽(yáng)離子所平衡的表面負(fù)電荷只占很少的比例，此時(shí)表面電位高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果由鋅離子的靜電吸附所支配。結(jié)果表明中性紫色土對(duì)鋅離子的靜電吸附容量比黃壤高。

5、 (3)zn2+在兩種土壤中的吸附/解吸動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在吸附過(guò)程中，Zn2+在黃壤中擴(kuò)散初期(0～40min)存在負(fù)一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，而后符合吸附一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。而在中性紫色十中，吸附過(guò)程始終表現(xiàn)為一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。因?yàn)橄鄬?duì)于黃壤，中性紫色土的比表面積要大得多，而兩者的液膜體積相差不大，所以離子在中性紫色土中擴(kuò)散路徑比較小，所以負(fù)一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)。在解吸過(guò)程中，進(jìn)行了一級(jí)動(dòng)力學(xué)處理，發(fā)現(xiàn)中性紫色土始終符合解吸一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

6、 (4)Zn2+在兩種土壤中的吸附過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，同一樣品，在同一類型支持電解質(zhì)條件下，支持電解質(zhì)的濃度越低，由于此時(shí)表面電場(chǎng)強(qiáng)度大，Zn2+的吸附速率常數(shù)越大，吸附一級(jí)動(dòng)力學(xué)處理圖中直線的斜率越大。相應(yīng)地，同一樣品，同一濃度支持電解質(zhì)條件下，由于二價(jià)離子體系的表面電場(chǎng)強(qiáng)度低，Zn2+吸附速率常數(shù)比一價(jià)支持電解質(zhì)體系的吸附速率常數(shù)低。而且所有吸附一級(jí)動(dòng)力學(xué)處理圖形都表明，土樣加入10％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))蒙脫石后，由于表面電場(chǎng)強(qiáng)

7、度增加，Zn2+吸附的速率加快，吸附速率常數(shù)變大。 (5)Zn2+在土壤的解吸過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，同一樣品，在同一類型電解質(zhì)條件下，電解質(zhì)的濃度越高，由于此時(shí)表面電場(chǎng)強(qiáng)度低，Zn2+的解吸速率常數(shù)越大，解吸一級(jí)動(dòng)力學(xué)處理圖中直線的斜率越大。相應(yīng)地，同一樣品，同～濃度電解質(zhì)條件下，由于二價(jià)離子體系的表面電場(chǎng)強(qiáng)度比一價(jià)離子體系低，Zn2+的解吸速率常數(shù)比一價(jià)電解質(zhì)體系的解吸速率常數(shù)高。而且所有解吸一級(jí)動(dòng)力學(xué)處理圖中都表明，土樣加入