氟與聚合羥基鋁（鐵）-蒙脫石復(fù)合體相互作用機(jī)理及土壤環(huán)境意義.pdf

1、氟是動(dòng)物和人體必需的微量元素之一，但長期過量攝入氟化物可導(dǎo)致慢性氟中毒。土壤是含氟氣體和顆粒物干、濕沉降最主要的接納和轉(zhuǎn)化場所，植物葉片吸收的氣態(tài)氟化物最終也通過落葉積累在表層土壤中，所以，氟與土壤的相互作用是控制其遷移、轉(zhuǎn)化及其它化學(xué)行為的重要環(huán)節(jié)之一。 土壤中氟的活性與土壤粘土組成、Al的溶解、Al-F絡(luò)合及pH密切相關(guān)。天然酸性土壤和水體中(pH=4.0～5.5)，溶解Al水解可形成不同聚合度的高價(jià)羥基鋁陽離子(HyAl)

2、，如[Al6(OH)12]6+、[Al10(OH)22]8+或[AlO44A12(OH)24(H2O)12]7+等。這些陽離子可吸附在土壤中含量較高的蒙脫石礦物表面及層間，形成聚合羥基鋁-蒙脫石(HyAl-Mt)復(fù)合體。由于弱酸性和酸性土壤及水體中這些復(fù)合體幾乎無處不在，因此很大程度地影響著土壤中一些營養(yǎng)物質(zhì)和污染物在土壤-溶液之間的吸附、解吸及遷移等行為，由此可能導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境意義已引起了廣泛關(guān)注。目前，關(guān)于F與土壤礦物之間的相互作用

3、以及Al-F絡(luò)合方面的報(bào)道很多，但作為弱酸性和酸性土壤中的主要組成的HyAl-Mt復(fù)合體與F的相互作用還未見系統(tǒng)研究。 本文制備和表征了OH/Al摩爾比分別為1.6、2.1、2.4的HyAl-Mt復(fù)合體和羥基鋁鐵—蒙脫石復(fù)合體(HyAl/Fe-Mt)；研究了吸附時(shí)間、溶液初始pH值、羥基鋁(鐵)—蒙脫石復(fù)合體(HyAl(Fe)-Mt)用量、初始氟離子濃度、OH/Al摩爾比等因素對氟與各HyAl(Fe)-Mt相互作用的影響及土壤環(huán)

4、境意義；同時(shí)，通過HyAl-Mt1.6對氟離子的解吸實(shí)驗(yàn)，考察了氟在復(fù)合體上的穩(wěn)定性。所得結(jié)果如下： (1)通過對蒙脫石及其復(fù)合體進(jìn)行X射線衍射分析、零電荷點(diǎn)測定、陽離子交換量CEC測定和BET比表面積分析表明，羥基鋁、鐵離子已成功交換進(jìn)入蒙脫石層間，成為層間柱。羥基鐵離子的摻加以及OH/Al摩爾比的變化都對HyAl-Mt復(fù)合體的層間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯影響。此外，HyAl-Mt復(fù)合體在500℃以下具有一定的熱穩(wěn)定性。 (2)弱

5、酸性和強(qiáng)酸化條件下，研究了OH/Al摩爾比為1。6的聚合羥基鋁-蒙脫石復(fù)合體(HyAl-Mt1.6)對氟的吸附行為。結(jié)果表明：在pH為5.0～9.0之間，HyAl-Mt對氟的吸附受pH影響??；當(dāng)pH＜4.5時(shí)，吸附能力隨pH減小迅速增大。pH6.62時(shí)，HyAl-Mt1.6對氟的吸附主要是絡(luò)合交換機(jī)制，而pH3.02及高氟濃度條件下是表面吸附、礦物溶解及共沉淀-卷掃等協(xié)同作用機(jī)制，并使HyAl-Mt具有異常高的氟去除能力。與Na-Mt相

6、比，HyAl-Mt1.6的氟吸附能力明顯提高，表明土壤中的HyAl-Mt組分可有效地降低氟污染土壤中氟的遷移性并減少其生物有效性。 (3)弱酸性和強(qiáng)酸化條件下，研究并對比了OH/Al摩爾比為1.6、2.1、2.4的HyAl-Mt和HyAl/Fe-Mt對氟的吸附性能。結(jié)果表明：隨著OH/Al摩爾比的增大，HyAl-Mt對氟的吸附量略有下降。在強(qiáng)酸性條件下，HyAl/Fe-Mt較HyAl-Mt1.6具有較弱的吸附性能，但在接近中性環(huán)