【摘 要】
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随着工农业的快速发展,土壤中污染物的种类趋于多样化,其中最为普遍的是重金属和有机农药。重金属与有机农药的共存可显著影响污染物的迁移、转化、生物有效性和生物毒性。本文以两种典型的土壤粘土矿物(针铁矿、高岭石),重金属Pb(Ⅱ)以及代表性有机磷农药草甘膦为研究对象,运用吸附实验并结合Zeta电位分析、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、等温滴定微量热(ITC
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(41471195); 中央高校基本科研业务费(2662015PY062);
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随着工农业的快速发展,土壤中污染物的种类趋于多样化,其中最为普遍的是重金属和有机农药。重金属与有机农药的共存可显著影响污染物的迁移、转化、生物有效性和生物毒性。本文以两种典型的土壤粘土矿物(针铁矿、高岭石),重金属Pb(Ⅱ)以及代表性有机磷农药草甘膦为研究对象,运用吸附实验并结合Zeta电位分析、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、等温滴定微量热(ITC)等技术研究Pb(Ⅱ)和草甘膦在矿物上的共吸附行为以及两种污染物不同添加顺序下在矿物上的吸附行为,初步阐明重金属Pb(Ⅱ)和草甘膦在矿物界面的吸附机制,得到以下研究结果:1.草甘膦与Pb(Ⅱ)共存体系中,Pb(Ⅱ)在针铁矿和高岭石上的吸附均随溶液中Pb(Ⅱ)浓度的增加而增加。草甘膦的存在能促进Pb(Ⅱ)在两种矿物上的吸附。针铁矿上Pb(Ⅱ)的吸附量是高岭石上的1.1~1.9倍。两种污染物的三种添加顺序中,随着p H的升高,Pb(Ⅱ)的吸附量逐渐增加,其吸附量关系为两者同时加入≥先加Pb(Ⅱ)>先加草甘膦溶液。2.污染物三种添加顺序的体系中矿物吸附平衡后其表面电荷与吸附单一草甘膦后相似。草甘膦的存在可显著增加针铁矿表面负电荷且随着草甘膦浓度的增加而增加,不同添加顺序下表面电荷量关系为先加草甘膦>先加Pb(Ⅱ)>草甘膦和Pb(Ⅱ)同时加;草甘膦对高岭石体系的影响不显著,不同添加顺序下电荷量相近。3.针铁矿体系中,吸附动力学红外光谱结果表明草甘膦可能是通过磷酸基团与针铁矿表面配位形成内圈络合物,Pb(Ⅱ)的红外光谱无明显变化。先加草甘膦后加Pb(Ⅱ)条件下,草甘膦上磷酸基团与羧基基团参与反应,结合XPS数据得出三者形成三元络合物,其结合方式为针铁矿与草甘膦的磷酸基团作用,并通过氨基与羧基和Pb(Ⅱ)形成五元螯合环;先加Pb(Ⅱ)后加草甘膦条件下,草甘膦的羧基与磷酸基可能参与反应,但XPS中未检测到N、P元素。高岭石体系中,添加单一污染物及不同添加顺序的两种污染物与高岭石间的吸附主要受静电力作用。4.热力学结果中单一草甘膦和Pb(Ⅱ)以及复合污染物在两种矿物上的吸附均属于放热反应(ΔH<0,ΔG<0),反应体系的吸附过程能自发进行,针铁矿与草甘膦及草甘膦-Pb复合污染物之间的吸附动力为焓熵双驱动,与单一Pb(Ⅱ)间的吸附动力主要是焓驱动;高岭石与草甘膦、Pb(Ⅱ)及复合污染物间吸附动力主要是焓驱动。
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