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可变电荷土壤是一类分布于热带、亚热带地区的重要土壤资源,它的物理、化学性质有别于温带地区的恒电荷土壤。从电荷角度来说,这类土壤既带正电荷又带负电荷。在通常的pH条件下,以高岭石为主要成分的硅酸盐矿物带有永久负电荷,而铁、铝氧化物带有净的正电荷。因此,我们可以认为在可变电荷土壤中存在带有相反电荷的胶体颗粒。当这类可变电荷土壤分散于水相时,带相反电荷的胶体颗粒可分别形成两种扩散双电层,这两种扩散双电层之间可能存在相互作用。本论文对带相反电荷的胶体颗粒双电层之间的相互作用展开了系统的研究,主要研究结果如下:
1.用zeta电位表征悬液体系中带相反电荷胶体颗粒表面双电层相互作用,此方法是完全可行的、有效的表征方法。
2.对悬液体系中高岭石与Fe/Al氧化物的相互作用进行了研究。当高岭石与Fe/Al氧化物共存时,由于静电吸引作用,高岭石胶体颗粒和Fe/Al氧化物胶体颗粒会相互靠近,导致高岭石表面以负电荷为中心的双电层的扩散层与Fe/Al氧化物表面以正电荷为中心的双电层的扩散层部分重叠,使高岭石表面的有效负电荷密度降低,体系的zeta电位向正值方向位移。含不同氧化物体系中双电层相互作用的强弱程度的大小顺序为:三水铝石>针铁矿>赤铁矿>γ-Al2O3,这一顺序与这些氧化物表面所带正电荷的大小一致,说明氧化物表面的正电荷密度越高,双电层相互作用越强。悬液体系中双电层的相互作用还随体系中Fe/Al氧化物的含量的增加而增强,这是因为随着Fe/Al氧化物数量增加,带正电荷的胶体颗粒数量增加。同时,通过专性吸附改变Fe/Al氧化物表面的正负电荷量之后,再与高岭石相互作用。结果表明:高岭石与专性吸附的阴离子改变表面电荷的Fe/Al氧化物双电层相互作用时,两种胶体颗粒双电层之间的负电荷密度增加,表现出zeta电位负值增加。与之相反,高岭石与专性吸附的阳离子改变表面电荷的Fe/Al氧化物双电层相互作用时,以带负电荷为中心的高岭石扩散双电层与以正电荷为中心的Fe/Al氧化物扩散双电层部分重叠,使高岭石表面的有效负电荷密度降低,表现出高岭石zeta电位正值增加
3.对可变电荷土壤胶体、恒电荷土壤胶体与Fe/Al氧化物之间表面双电层的相互作用的研究,证明了带相反电荷的胶体颗粒表面双电层的相互作用存在于实际土壤中。研究结果表明加入针铁矿和γ-Al2O3使两种土壤胶体体系的zeta电位向正值方向位移,说明带相反电荷的胶体颗粒表面双电层扩散层的相互重叠降低了土壤胶体表面的有效负电荷密度。针铁矿表面所带正电荷的数量大于γ-Al2O3,它与土壤胶体表面双电层的作用程度也大于γ-Al2O3。进一步研究发现,当用专性吸附的阳离子Cu2+或阴离子PO43-分别使针铁矿表面的正电荷增加或减少后,针铁矿与土壤胶体表面双电层的相互作用程度也发生相应的变化,进一步说明双电层的作用程度随氧化物表面所带正电荷数量的增加而增强。
4.对黄壤胶体与Fe/Al氧化物之间表面双电层的相互作用的研究,再一次验证了带相反电荷的胶体颗粒表面双电层的相互作用规律。研究结果表明,无论是黄壤胶体与Fe/Al氧化物不同质量比的混合体系,还是黄壤与表面电荷性质改变的Fe/Al氧化物混合体系,所表现出来的双电层之间相互作用规律同高岭石和Fe/Al氧化物及其表面性质改变的Fe/Al氧化物双电层之间的规律是相似的。