土壤重金属的吸附/解吸行为及其动力学研究

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本文以沈阳市张士灌区土壤为例,通过土壤重金属解吸的静态实验和土壤重金属吸附/解吸的动力学实验,研究了土壤吸附/解吸重金属的影响因素和土壤重金属吸附/解吸的动力学特征。 影响土壤吸附/解吸重金属的因素主要有环境介质的pH、有机酸、CL-、重金属之间的颉顽作用以及重金属本身的活性和其初始浓度,且pH是最重要的影响因素。土壤中重金属Cu、Zn、Pb、Cd的吸附量/吸附率随pH的增大而增大;在同一pH值下,Cu、Zn、Pb、Cd的吸附能力大小顺序为Pb>Cu>Zn>Cd;初始浓度越大,土壤对重金属的吸附率越小;在同一pH值条件下,重金属在不同金属组合的土壤中的吸附率大小关系为:对于Cu,(Cu)>(Cd+Pb+Zn+Cu);对于Cd,(Cd)>(Cd+Pb)>(Cd+Pb+Zn)>(Cd+Pb+Zn+Cu);对于Zn,(Zn)>(Cd+Pb+Zn)>(Cd+Pb+Zn+Cu);对于Pb,(Pd)<(Pb+Cd+Zn+Cu)≈(Pb+Cd+Zn)≈(Pb+Cd)。而重金属的解吸量/解吸率反之。草酸对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的浸提率大小顺序为Cu>Cd>Zn>Pb;柠檬酸、组氨酸对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的浸提率大小顺序为Cd>Cu>Zn>Pb;三种有机酸对重金属的浸提能力大小关系为:柠檬酸>草酸>组氨酸;重金属Cu、Zn、Pb、Cd的浸提率都随草酸、柠檬酸、组氨酸浓度的增大而增大。在pH=3时,氯化钠对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的浸提率比在pH=5.5时大;在一定浓度范围内,氯化钠对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的浸提率随着CL-浓度的增大而增大;氯化钠对重金属Cu、Zn、Pb、Cd的浸提率大小顺序为Cd>Zn>Pb>Cu。 重金属在土壤中受环境因素影响是一个吸附—解吸—再解吸的过程。其每个阶段的动力学特征具有共性,即土壤重金属吸附/解吸过程都划分为两个阶段,即开始的快速反应阶段和经过一段时间后的慢速阶段。在快速阶段,土壤重金属以化学反应为主,在慢速阶段,土壤重金属解吸以物理反应为主,且它们的动力学过程都可用Elovich方程和双常数速率方程(又称为Freundlich修正式)拟合。重金属Cu、Zn、Pb、Cd的吸附速率为VPb>VCu>VZn>VCd,且它们的初始浓度越高,吸附速率越大;金属组合越多的,它们的吸持速率越小。重金属Cu、Zn、Pb、Cd的解吸速率为VZn>VCu>VPb>VCd且它们的初始浓度越高,解吸速率越大;金属组合越多的,它们的解吸速率越大。刚吸附完后短期污染土壤各重金属的解吸率/解吸量都比长期污染土壤中重金属的解吸率/解吸量大,反应平衡时间比长期的长,刚吸附完后短期土壤重金属的解吸速率比长期的大。
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