外源銅在土壤礦物中的老化過程及影響因素研究.pdf

1、外源銅在土壤中的老化是指添加到土壤中的水溶性銅,其可浸提性、可交換性、生物有效性和/或毒害隨時(shí)間逐漸降低過程,也稱之為自然消減.可見,田間污染土壤中的銅與人工新添加的銅的有效性或毒害存在著較大的差異,在銅的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定中,認(rèn)識(shí)并預(yù)測銅的老化過程顯得十分重要和必需.而且,外源銅老化研究還可為正確認(rèn)識(shí)銅在土壤中的化學(xué)行為提供新的實(shí)驗(yàn)證據(jù),從而豐富和發(fā)展土壤化學(xué)、土壤表面化學(xué)知識(shí)體系;同時(shí),對(duì)污染土壤的管理和修復(fù)也有重要的

2、指導(dǎo)意義. 本實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)提取方法和x射線衍射技術(shù),系統(tǒng)研究(1)外源銅在膨潤土中的老化過程和機(jī)理;(2)膨潤土混合體系中外源銅的老化過程;(3)外源銅老化的影響因素.旨在為粘土礦物外源銅的老化提供擴(kuò)散機(jī)理證據(jù);揭示有機(jī)酸、溫度和pH對(duì)銅長期老化的影響以及它們在粘土礦物和氧化物中的差異,從而有效指導(dǎo)人工調(diào)控土壤中銅的化學(xué)行為. 本研究獲得了下列重要結(jié)果:(1) 銅在膨潤土中的老化是一個(gè)緩慢的動(dòng)態(tài)過程(持續(xù)一年以上),主要

3、受微孔擴(kuò)散反應(yīng)控制(表觀擴(kuò)散速率系數(shù)D/r<'2>=7.44×10<'-11>～2.31×10<'-10> s<'-1>);隨著pH變化,銅向粘土礦物層間擴(kuò)散的離子形態(tài)發(fā)生變化(低pH時(shí),擴(kuò)散離子是Cu<'2+>,高pH時(shí)CuOH<'+>成主導(dǎo)擴(kuò)散離子).這驗(yàn)證了對(duì)銅老化過程的猜測,豐富了土壤表面化學(xué)理論.(2) 腐殖酸、針鐵礦和碳酸鈣都促進(jìn)銅的短期老化(增加了M值),這歸因于表面聚合/沉淀作用:但對(duì)繼續(xù)老化過程(微孔擴(kuò)散作用)會(huì)有抑制

4、,特別添加碳酸鈣處理(降低了D/r<'2>),認(rèn)為這些土壤組分和銅的絡(luò)合阻止了銅離子向粘土礦物層間的擴(kuò)散.這對(duì)認(rèn)識(shí)土壤(特別是石灰性土壤)中重金屬的化學(xué)行為提供了新的證據(jù).(3) 在粘土礦物(膨潤土)體系,腐殖酸顯著促進(jìn)銅的老化,低分子量有機(jī)酸(EDTA和草酸)沒有影響;而在氧化物(針鐵礦)體系,腐殖酸和EDTA都顯著抑制老化,草酸基本沒有影響.在這兩種礦物中,升高溫度都明顯促進(jìn)老化過程,pH都不產(chǎn)生顯著影響.各因子對(duì)針鐵礦外源銅老化的