模擬酸雨條件下可變電荷土壤中重金屬離子的反應(yīng)動(dòng)力學(xué).pdf

1、本文緊扣我國土壤酸化過程中的環(huán)境問題，用自制的流動(dòng)攪動(dòng)的動(dòng)力學(xué)裝置研究模擬酸雨條件下可變電荷土壤表面重金屬Cu、Pb的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，結(jié)果總結(jié)如下： 流動(dòng)攪動(dòng)法的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，與傳統(tǒng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究方法相比，如間歇法和流動(dòng)法，克服了兩方法中的缺點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是溶液與土壤充分混合；解吸下來的離子迅速流出；解決了顆粒堵塞問題；一次實(shí)驗(yàn)?zāi)塬@取大量數(shù)據(jù)，且數(shù)控計(jì)滴自動(dòng)部分收集器的設(shè)計(jì)取樣時(shí)間間隔穩(wěn)定，可避免人為引起的時(shí)間誤差，保證以恒定

2、的流速(或流量)自動(dòng)收集流出液。 紅壤表面H<'+>-Cu<'2+>和H<'+>-Pb<'2+>的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)結(jié)果表明： 隨溶液酸度的增加，Cu<'2+>的最大吸附量顯著降低；且隨溫度升高，Cu<'2+>、Pb<'2+>吸附的快反應(yīng)速率增加；離子在顆粒內(nèi)的擴(kuò)散是Cu<'2+>、Pb<'2+>吸附反應(yīng)速率控制步，擴(kuò)散速率常數(shù)隨酸度的增加而下降。Cu<'2+>、Pb<'2+>的吸附機(jī)理與土壤表面酸度密切相關(guān)。流入液pH值為

3、4.3和5.5時(shí)，紅壤表面有H<'+>的釋放；流入液pH值為3.8和3.3時(shí)，紅壤表面存在H<'+>的消耗。引入過渡態(tài)理論研究Cu<'2+>、Pb<'2+>在紅壤表面的能量特征，結(jié)果表明：隨酸度的增加，Cu<'2+>、Pb<'2+>的吸附活化能增加，Cu<'2+>、Pb<'2+>擴(kuò)散速率降低，但升高溫度可促進(jìn)Cu<'2+>、Pb<'2+>的擴(kuò)散；活化熵變均為負(fù)值，說明吸附反應(yīng)使體系有序度增加。表面H<'+>釋放需要較大的熱能，升高溫度能

4、加速H<'+>的擴(kuò)散。H<'+>消耗的活化能低于H<'+>釋放的活化能，這更有利于H<'+>的吸附，這種吸附造成H<'+>對(duì)礦物的溶解，且H<'+>對(duì)礦物的溶蝕將成為速率控制步驟。 模擬酸雨下還探討了可變電荷土壤對(duì)Cu<'2+>、Pb<'2+>的吸附機(jī)理： Cu<'2+>、Pb<'2+>的吸附動(dòng)力學(xué)能很好地用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、拋物線擴(kuò)散方程和Elovich方程擬合。隨溶液酸度的增加，Cu<'2+>、Pb<'2+>的最大

5、吸附量顯著降低，Cu<'2+>、Pb<'2+>吸附反應(yīng)速率控制步驟是離子在顆粒內(nèi)的擴(kuò)散，擴(kuò)散速率常數(shù)隨酸度的增加而下降。酸溶液pH值為4.3和5.5時(shí)，有H<'+>的釋放，H<'+>的表觀釋放量能用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和擴(kuò)散方程擬合，酸溶液pH值為3.8和3.3時(shí)，有H<'+>的消耗，H<'+>消耗總量看作表觀消耗量，用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、Elovich方程和擴(kuò)散方程進(jìn)行擬合。比較相關(guān)系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)誤差的大小，這5種動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合均得到較滿意的結(jié)