土粒表面電場作用下鋅離子的吸附-解吸平衡與動力學.pdf

1、有關土壤吸附重金屬的研究，一直是土壤化學、植物營養(yǎng)和環(huán)境科學等領域的一個研究重點。土壤對重金屬離子的吸附/解吸與土壤表面電荷性質(zhì)密切相關。由于恒電荷土壤和可變電荷土壤的表面電化學性質(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。目前對于土壤中的重金屬的吸附/解吸及其影響因素已經(jīng)進行了大量的研究并取得了許多重要的進展。土壤表面電化學性質(zhì)制約著重金屬離子在土壤膠體表面的擴散、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主要問題：沒有考慮土壤顆粒外電場對離子吸附/解吸的影響。然而，土壤又是一個巨大的外電場體系。因此，要準確描述離子在土壤中的擴散傳輸過程就必須考慮土壤中的強大外電場。外電場中離子擴散方程以及土壤表面電化學性質(zhì)方法的建立為研究外電場中的離子擴散奠定了方法和理論基礎。 本文采用流恒法對黃壤和中性紫色土表面電荷總量、表面電位、表面電荷密度、表面電場強度以及比表面積進行了測定和計算，并進

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/解吸的動力學過程。研究結(jié)果表明： (1)采用平衡流動法測定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)量百分數(shù))蒙脫石的鎂、鋅飽和樣的表面電位、表面電荷密度、表面電場強度均比沒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、表面電場強度均較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。對于同一類型的電解質(zhì)體系，濃度高(0.1mol/L)時，表面電荷由支持電解質(zhì)中的陽離子中和，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，當支持電解質(zhì)濃度低(10-4mol/L)時，支持電解質(zhì)中的陽離子所平衡的表面負電荷只占很少的比例，此時表面電位高，實驗結(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/解吸動力學分析發(fā)現(xiàn)，在吸附過程中，Zn2+在黃壤中擴散初期(0～40min)存在負一級動力學過程，而后符合吸附一級動力學過程。而在中性紫色十中，吸附過程始終表現(xiàn)為一級動力學過程。因為相對于黃壤，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散路徑比較小，所以負一級動力學過程沒有表現(xiàn)出來。在解吸過程中，進行了一級動力學處理，發(fā)現(xiàn)中性紫色土始終符合解吸一級動力學過程。

6、 (4)Zn2+在兩種土壤中的吸附過程動力學分析發(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，由于此時表面電場強度大，Zn2+的吸附速率常數(shù)越大，吸附一級動力學處理圖中直線的斜率越大。相應地，同一樣品，同一濃度支持電解質(zhì)條件下，由于二價離子體系的表面電場強度低，Zn2+吸附速率常數(shù)比一價支持電解質(zhì)體系的吸附速率常數(shù)低。而且所有吸附一級動力學處理圖形都表明，土樣加入10％(質(zhì)量百分數(shù))蒙脫石后，由于表面電場強

7、度增加，Zn2+吸附的速率加快，吸附速率常數(shù)變大。 (5)Zn2+在土壤的解吸過程動力學分析發(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，由于此時表面電場強度低，Zn2+的解吸速率常數(shù)越大，解吸一級動力學處理圖中直線的斜率越大。相應地，同一樣品，同～濃度電解質(zhì)條件下，由于二價離子體系的表面電場強度比一價離子體系低，Zn2+的解吸速率常數(shù)比一價電解質(zhì)體系的解吸速率常數(shù)高。而且所有解吸一級動力學處理圖中都表明，土樣加入