文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
土壤环境中粘土的分散凝聚行为及其影响因素
姓名:杨娴
申请学位级别:硕士
专业:生态学
指导教师:何明
20070101
上海交通大学硕士学位论文摘要

土壤环境中粘土的分散凝聚行为及其影响因素

摘要

研究土壤中粘土分散凝聚行为对于土壤环境的保护具有重要意
义。粘土是土壤的重要组成部分,其稳定性极大地影响着土壤的理化
和生物学性质。因此,粘土的分散凝聚行为一直是人们关心和研究的
方向。本文以实验室提取的上海土壤粘土和三种粘土矿物(高岭石、
蒙脱石和伊利石)为研究对象,分别研究了表面活性剂、高分子、一
般无机阳离子和重金属离子对粘土分散凝聚行为的影响,并探讨这些
添加物在不同 pH 条件下对粘土的吸附行为和分散凝聚机理。
表面活性剂存在下粘土的分散凝聚实验结果表明:1) 3 种表面活
性剂在土壤中的吸附均在各自 CMC(Critical micelle concentration,
临界胶束浓度)附近达到饱和,饱和吸附量大小顺序为 CTAB(十六
烷基三甲基溴化铵)>> A12E9(十二烷基醇聚氧乙烯醚) > SDBS(十
二烷基苯磺酸钠)。3 种表面活性剂的吸附机理为:首先分别通过静
电引力(CTAB)、氢键(A12E9)、疏水和静电作用(SDBS)在土壤粒子上
形成表面半胶束(单层吸附),随着浓度的增加,均可进一步通过疏水
作用在土壤粒子上形成表面亲水性胶束(双层吸附)。3 种表面活性剂
在吸附机理上的差别源于其带电及两亲基团的不同。2)阳离子表面活
性剂 CTAB 在较低浓度时形成疏水性粒间表面胶束,可使粘粒凝聚,
而在较高浓度时形成亲水性粒内表面胶束,可使粘粒分散。3) 非离
子表面活性剂 A12E9 在粘粒上形成表面胶束,聚氧乙烯链的强烈水化
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作用导致粘粒溶液的稳定性增加,并且比空白液稳定性更好所以非离
子型表面活性剂在很多行业被用作分散剂。4) CTAB 存在下粘土矿物
的稳定性大小顺序为:高岭石<伊利石<蒙脱石。
高分子存在下粘土的分散凝聚实验结果表明:1) 阳离子型高分
子 PAM(聚丙烯酰胺)在较低浓度时对粘粒的架桥作用可使粘粒凝
聚,而在较高浓度时的静电斥力可使粘粒分散。对于阳离子型高分
子,离子性越强,对粘粒的凝聚作用越强。2) 阴离子型高分子 AS
(强阴离子型)和 AW(弱阴离子型)均能使土壤粘粒和伊利石凝
聚,且 AW 效果更好。低浓度的阴离子型高分子对高岭石和蒙脱石
的稳定性没有影响,高浓度时能使它们较好地分散。3) 中性高分子
的分子量越大,对粘粒的凝聚效果越好。由于蒙脱石的良好膨胀性,
NP(非离子型)和 KA(两性离子型)对蒙脱石的稳定性基本没有
影响。
无机离子存在下粘土的分散凝聚实验结果表明:1) 一般无机阳
离子可通过对粘粒表面扩散双电层的压缩作用导致粘粒凝聚,且离
子价数越高压缩作用越强。2) 重金属离子在粘粒上的专性吸附,导
致其对扩散双电层的压缩作用更强,使粘粒更易凝聚。重金属离子
在粘土矿物上的吸附是交换吸附和专性吸附的共同作用。
不同 pH 下,粘土的分散凝聚实验结果表明:随着 pH 的升高,
粘粒由于表面负电荷的增加而趋于分散。且随 pH 增加,CFC(Critical
ulation concentration,临界絮凝浓度)呈指数增加。
以上结果说明:粒间表面胶束的形成、架桥作用、双电层的压
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缩和专性吸附作用等均可使粘土凝聚,降低其稳定性。对这些作用
机理的解析可加强对土壤环境中共存物吸附行为的理解,以准确描
述粘土的分散凝聚行为,为土壤环境的保护与管理提供理论依据。

关键词:土壤粘粒,分散凝聚,表面活性剂,高分子,重金属离子,
粘土矿物
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DISPERSION-ULATION BEHAVIOR AND THE
INFLUENCE FACTORS OF CLAYS IN SOIL
ENVIRONMENT

ABSTRACT

It’s of important meanings for study on the dispersion-ulation
behavior of clays in soil to soil environment protection. Clay is one of
the most ponents of soil. The stability o