土壤中無(wú)機(jī)納米顆粒提取、表征及其重金屬吸附研究.pdf

1、基于環(huán)境納米科學(xué)的迅速發(fā)展和研究，本文通過(guò)對(duì)土壤中納米顆粒的特性分析，建立起土壤無(wú)機(jī)納米顆粒提取表征的方法體系，研究土壤納米顆粒的形成過(guò)程和環(huán)境行為，旨在為開(kāi)發(fā)納米材料修復(fù)環(huán)境污染應(yīng)用提供理論依據(jù)，也為推動(dòng)納米土壤科學(xué)的建立和發(fā)展。
　　 建立了篩分-沉淀-離心-超聲結(jié)合手段提取土壤無(wú)機(jī)納米顆粒的方法。利用建立的方法提取紅壤、黑土和黑壚土中的納米顆粒，粒度分析(PSD)結(jié)果表明三種樣品粒度分布都呈正態(tài)分布趨勢(shì)，提取的顆粒粒徑基本

2、都小于100 nm。研究采用高分辨透射電鏡(HR-TEM)和X射線(xiàn)能譜儀(EDS)為核心技術(shù)，結(jié)合激光納米粒度儀、XRD和磁化率儀等手段，表征了土壤中無(wú)機(jī)納米顆粒的大小、形貌、礦物相和結(jié)晶狀況以及元素組成等關(guān)鍵信息。
　　 XRD表征了樣品的礦物相及晶格信息。不同氣候條件使得三種土壤風(fēng)化程度存在差異，導(dǎo)致了三種土壤在特征礦物上的區(qū)別，鐵、鋁氧化物晶體明顯的特征衍射峰值得關(guān)注。電鏡表征結(jié)果揭示了土壤中納米顆粒在形貌上的多樣性和異質(zhì)

3、性。形態(tài)包括球形、條狀、棒狀、絮狀及不規(guī)則狀等，粒徑在～10-100 nm之間不等。土壤無(wú)機(jī)納米顆粒由于巨大的比表面積和高表面能，展示了易與其他顆粒聚集的傾向，多形成核(單晶，多晶核)-殼(無(wú)定形態(tài)或氧化物包覆表面)結(jié)構(gòu)。Fe元素主要以鐵氧化物及Fe-多元素復(fù)合結(jié)構(gòu)存在，后一種結(jié)構(gòu)占據(jù)主要地位。利用結(jié)晶區(qū)域的高分辨圖像計(jì)算品格間距，主要有0.266～0.277 nm及0.333～0.334nm兩個(gè)結(jié)果，可以判斷分別為赤鐵礦或磁赤鐵礦，以

4、及硅氧化物。
　　 土壤無(wú)機(jī)納米顆粒對(duì)重金屬Cd的吸附可利用Freundlich和Henry等溫方程描述。吸附能力強(qiáng)弱順序?yàn)楹趬劳?紅壤>黑土，其中黑土顯著低于另外兩種土壤。成土條件的不同，造成了三種納米顆粒中游離氧化鐵的含量及氧化鐵結(jié)晶形態(tài)的區(qū)別，可能是影響吸附能力的主要因素。此外，三種土壤無(wú)機(jī)納米顆粒所帶的可變電荷量及電性不同，也會(huì)對(duì)吸附反應(yīng)產(chǎn)生影響。比較吸附率，由高到低是紅壤≥黑壚土>黑土>人工合成氧化鐵；吸附率均大于96