文档介绍：酸性条件下红壤表面Pb反应动力学的能量特征
王代长1, 2 *,孙志成2,3,蒋新2,卞永荣2,周立祥3
1. 河南农业大学资源与环境学院,河南郑州 450002;2. 中国科学院南京土壤研究所,江苏南京 210008;
3. 南京农业大学资源与环境学院,江苏南京 210095
摘要:用自行设计的动力学装置研究了酸性条件下Pb在红壤表面的反应动力学能量特征。结果表明,酸性条件下,Pb吸附分为快反应和慢反应。用一级动力学方程拟合的Pb最大吸附量,随酸度增加显著下降,随温度升高提前达到平衡。用扩散速率常数计算的活化能(ΔE*)随酸度的增加而增加,Pb扩散需克服的能障加大;ΔH值为正,温度升高可促进Pb的扩散;ΔS值均为负,说明吸附反应使体系有序度增加。,流出液的pH急剧下降;,是由于土壤的缓冲作用和土壤表面质子化;当溶液中H+超过一定数量后,反应初期的H+消耗是快反应过程,H+对矿物的溶蚀成为速率控制步骤。
关键词:土壤酸化; 表面反应动力学; 能量特征; 铅离子
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2008)05-1807-05
铅是重要的重金属污染元素之一。环境中铅污染的主要来源有矿山开采、金属冶炼、汽车废气、燃煤、油漆和涂料等[1]。近年来的研究表明,土壤中过量的铅元素通过植物根系在植物体内积累,并通过食物链进入人体,危害人的身体健康。铅是作用于动物和人体全身各个系统和器官的有害元素[2-4]。当铅及其他重金属进入土壤环境后,土壤中的活性组分,如粘土矿物、有机质、水合氧化物和碳酸盐等,对铅具有强烈的吸附作用[5-6]。土壤固液界面上的行为决定土壤固相中有机、无机组分对铅离子的吸附-解吸特性[7-9]。
本文研究江西地区红壤酸化的本质与重金属铅的关系,并用化学动力学方法[10],过渡态理论[11],探讨Pb的反应机理及动力学特征,以了解红壤中Pb的变化机制。
1 材料与方法
供试土壤
供试土壤采集自江西鹰潭中国科学院红壤生态实验站,发育于第四纪红色粘土母质的红壤(0 ~ 20 cm),土壤样品自然风干,磨细,过2 mm 筛。其基本理化性质:pH(H2O),pH(KCI); g·kg-1;粉粒和粘粒含量分别为289 g·kg-1和515 g·kg-1; cmol·kg-1, cmol·kg- cmol·kg-1, cmol·kg-1;土壤中游离态铁(Fed) g·kg-1,活性态铁(Fe0) g·kg-1;粘土矿物组成以高岭石、蛭石为主,一定量的水云母,极少量的三水铝石和云母。
模拟酸雨的配制
根据我国南方雨水和云水化学成分,模拟酸雨的配制法为:将H2SO4和HNO3摩尔比为4∶1的混合液,、、(均含Pb mmol·L-1 )。
吸附动力学实验
g土壤放入反应池[12],用蠕动泵快速将酸溶液(含Pb mmol·L-1)泵入反应池,立即调节到设计流量,开启磁力搅拌器,使酸溶液