天然土壤對(duì)水溶液中Pb2+的吸附研究.pdf

1、由于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，重金屬對(duì)水體的污染日趨嚴(yán)重。重金屬進(jìn)入水體后不易去除，會(huì)在水環(huán)境中不斷積累，對(duì)生物和人類的健康造成威脅。鉛是人體健康的非必需元素，具有顯著的毒性作用。如何能夠快速、有效地控制水環(huán)境中的重金屬含量是飲水凈化研究中的重中之重。
　　土壤是一種成分復(fù)雜且多變的天然產(chǎn)物，對(duì)重金屬離子有一定的吸附性。土壤中的陰離子可以與Pb2+形成二價(jià)態(tài)難溶化合物;土壤中的黏土礦物、有機(jī)質(zhì)以及鐵錳氧化物對(duì)Pb2+也有很強(qiáng)的吸附能力。因此

2、，土壤可以作為一種吸附材料，控制地表水及飲用水中的重金屬鉛污染。
　　為了探究天然土壤對(duì)水中Pb2+的去除規(guī)律，本課題以國(guó)內(nèi)常見的三種土壤為研究對(duì)象，研究了三種土壤對(duì)水溶液中Pb2+的吸附過程，并根據(jù)土壤的基本理化性質(zhì)對(duì)吸附規(guī)律進(jìn)行了初步分析。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)土壤基本理化性質(zhì)的測(cè)定，包括土壤比表面積（BET/N2法）、土壤陽(yáng)離子交換量（乙酸銨交換法）、土壤游離氧化鐵含量（連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-碳酸氫鈉溶液提取

3、法）、土壤pH(NY/T1121.2)、土壤機(jī)械組成(NY/T1121.3)、土壤有機(jī)質(zhì)含量(NY/T1121.6)、土壤金屬背景值（微波消解-原子吸收法），通過所得結(jié)果初步分析三種土壤之間的特性差別。
　　(2)土壤對(duì)水溶液中Pb2+的吸附特性。通過在不同反應(yīng)時(shí)間取樣，測(cè)定溶液中剩余的Pb2+濃度來計(jì)算某時(shí)刻土壤的吸附量，繪制吸附動(dòng)力學(xué)曲線，并分別用Elovich方程、一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、拋物線方程對(duì)所得曲線進(jìn)行擬合

4、;控制實(shí)驗(yàn)溫度和Pb2+溶液初始濃度，測(cè)定不同條件下土壤飽和吸附量，繪制土壤的吸附等溫線，分別用Langmuir方程、Frenudlich方程、Temkin方程對(duì)實(shí)驗(yàn)所得曲線進(jìn)行擬合，并根據(jù)擬合效果最好的曲線方程進(jìn)行相應(yīng)的熱力學(xué)計(jì)算;再結(jié)合土壤理化性質(zhì)，分析土壤對(duì)Pb2+的吸附性能存在差異的原因。
　　(3)正交試驗(yàn)。采用L27(313)正交表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，三因素分別為粒徑范圍、溫度、Pb2+初始濃度，并采用部分追加法令棕壤和鈣層土的

5、粒徑范圍增加一個(gè)水平，考察實(shí)驗(yàn)條件對(duì)土壤吸附Pb2+能力影響的強(qiáng)弱順序，并結(jié)合土壤性質(zhì)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。
　　主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　(1)土壤基本理化性質(zhì):棕壤偏中性，其有機(jī)質(zhì)含量和陽(yáng)離子交換量都最大;紅壤呈酸性，其比表面積和游離氧化鐵含量最大;鈣層土呈堿性，比表面積、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換量和游離氧化鐵含量的值都最小。
　　(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明棕壤的吸附能力遠(yuǎn)大于紅壤和鈣層土。三種土壤對(duì)Pb2+的吸附很快，其吸附動(dòng)力學(xué)

6、曲線與二次動(dòng)力學(xué)方程有較好的擬合性。三種土壤吸附Pb2+的吸附等溫線用Langmuir方程描述最為合適，其次是Temkin方程，再次是Frenudlich方程，鈣層土對(duì)Pb2+的吸附受溫度影響較為明顯。
　　(3)三種土壤吸附Pb2+反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吸附熱△H0均大于零，吉布斯自由能△G0均小于零，說明吸附反應(yīng)是自發(fā)的吸熱反應(yīng);標(biāo)準(zhǔn)熵△S0均大于零，說明實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)Pb2+從溶液中聚集到土壤表面的過程是由有序到無序的熵增過程。

7、　　(4)土壤粒徑范圍、反應(yīng)溫度、Pb2+初始濃度對(duì)各土壤的吸附能力影響程度大小各不相同。對(duì)棕壤吸附Pb2+的能力影響最大的是土壤粒徑范圍，對(duì)鈣層土的影響最大的是反應(yīng)溫度，而對(duì)紅壤的影響最大的是Pb2+初始濃度。
　　(5) Pb2+在飽和吸附的土壤表面覆蓋率并不高，說明Pb2+在三種土壤表面均不能達(dá)到完全覆蓋，且覆蓋率較低;紅壤的表面覆蓋率最小，鈣層土的表面覆蓋率受溫度影響很大。三種土壤的低表面覆蓋率表明并不是土壤表面的所有位點(diǎn)