PH和不同铬浓度在水稻土中还原与吸附的影响

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  摘要:土壤中的铬污染,已经成为影响人类和生态环境的主要污染物之一。因而对铬在土壤中还原与吸附的环境因素研究,有助于了解减低铬在土壤中吸附与还原的方法,从而降低铬污染的毒性及其对生态环境的破坏。在实验过程中,通过测量PH和不同铬浓度在水稻土中还原与吸附的影响。结果表明:随PH升高,其吸附能力降低,还原能力增强。
  关键词:六价铬;还原吸附;pH;不同铬浓度;
  1材料与方法
  1.1实验材料
  采集土壤深度为0-25cm。采集的土样在经过5天的自然风干,研磨后过60目筛,收集639g,装入信封内备用作为样品土。
  仪器:分光光度计,比色皿(1cm、3cm)、50mL具塞比色管,移液管,移液枪,容量瓶,150ml锥形瓶,玻璃珠,pH计,50ml塑料瓶等。
  试剂:1.二苯碳酰二肼溶液(显色剂); 2.(1+1)硫酸;3.(1+1)磷酸; 4.0.2%(m/V)氢氧化钠溶液; 5.4﹪(m/V)高锰酸钾溶液; 7.500mg/l铬标准贮备液;
  1.2 实验方法
  1.2.1 pH对Cr(VI)还原与吸附的影响
  称取5份1.0g土样于50mL塑料瓶中,分别加入25ml含不同比值缓冲液的5.0mg/L Cr(VI)溶液,缓冲液(HAc:NaAc)分别为10:1、5:1、1:1、1:5、1:10。将塑料瓶密封置于震荡器震荡4h,静置一夜。再离心10分钟,过滤,取清液作为待测液,测pH、Cr(VI)和总铬。
  1.2.2 Cr(VI)浓度对Cr(VI)还原与吸附的影响
  称取5份1.0g土样于50mL塑料瓶中,分别加入25ml含不同铬浓度的Cr(VI)溶液,该溶液缓冲比例(HAc:NaAc)为10:1,Cr(VI)浓度分别为2 mg/L、4 mg/L、8 mg/L、10 mg/L、20 mg/L 。将塑料瓶密封置于震荡器震荡4h,静置一夜。再离心10分钟,过滤,取清液作为待测液,测pH、Cr(VI)和总铬。
  2结果与讨论
  2.1 pH对Cr(VI)还原与吸附的影响
  Cr(VI)溶液在加入土壤中震荡时,使其在土壤中充分反应,Cr(VI)总含量是一定的。在加入Cr(VI)同时,加入不同的缓冲液,调节反应环境中的pH值,观察不同pH值下待测溶液中Cr(VI)的OD值(OD值与溶液中的Cr(VI)呈正比关系)。因而pH值设为实验一自变量,OD值为因变量。据实验一的数据显示,待测溶液中含Cr(VI)、Cr(III)和总铬的OD值都呈递增的形式增多,它们的浓度也不断增大。这说明了随着pH的增大,在溶液中Cr(VI)、Cr(III)和总铬的浓度也增大。反映出随着pH增大,Cr(VI)吸附能力降低,还原能力升高。
  Cr(VI)只有在土壤和溶液相互转移和转化。由数据可知,pH越大,Cr(VI)和Cr(III)在也溶液中的含量增多,在土壤中的含量就会相应减少,说明了Cr(VI)在土壤中的吸附量减低,吸附能力也随之减低。Cr(VI)吸附能力受到土壤中正负电荷数量、自身带离子数和有机质的影响,负电荷、阴离子数和有机质的存在越多会使Cr(VI)阴离子吸附能力降低[1]。pH调节土壤中的正负电荷,改变土壤矿物胶粒表面带电荷数和抑制微生物活动,同时影响土壤中的呼吸强度和有机质分解作用,从而改变土壤中有机质含量。当pH越高,存在的负电荷数增多,土壤中的对阴离子的吸附能力下降,对Cr(VI)阴离子的吸附量就越少。pH越大,土壤呼吸强度越弱,有机质分解速率变慢,使土壤中有机质含量越高,其吸附能力越弱。即pH的升高能使土壤中Cr(VI)的吸附能力降低。
  2.2 Cr(VI)浓度对Cr(VI)还原与吸附的影响
  实验中,加入的缓冲液比值是不变,加入的Cr(VI)浓度是变化,因而将Cr(VI)浓度设为实验二的自变量,OD值为因变量。经震荡后,加入的铬溶液充分反应。
  加入的Cr(VI)浓度超过一定范围时,Cr(VI)在土壤中的吸附与还原能力会达到一种饱满的状态,吸附量和还原量都会成为不变量。在通常情况下,Cr(VI)吸附量随平衡浓度的增大而增加。但Cr(VI)平衡浓度较高时, 随平衡溶液中Cr( VI) 浓度的增加, 吸附量的增加逐渐变缓,渐趋恒定状态, 曲线走平[3],同时也影响Cr(VI)在土壤中的还原性。因此要求加入各个实验中的Cr(VI)浓度不能影响检测结果。
  在相同的pH条件下,在2-20 mg/L Cr(VI)浓度的范围内,随着加入Cr(VI)浓度的增加,溶液中Cr(VI)、Cr(III)和总铬的浓度也均匀增大,土壤对加入Cr(VI)递增量的吸附,Cr(III)再递增量的还原。说明随着Cr(VI)浓度增加,Cr(VI)的吸附能力降低,还原能力增强。即在该范围内,加入的Cr(VI)浓度不会超过饱满状态量,也不会影响检测的结果。因而在其它实验中加入的Cr(VI)浓度为5mg/L,是适宜加入实验中进行操作的含量,不会给实验带来负面影响。
  3结论
  (1) pH、Cr(VI)浓度、土壤阴阳离子和有机质是改变土壤中Cr(VI)还原与吸附的重要因素。
  (2) pH是调节土壤中带电荷量和离子强度来改变Cr(VI)在土壤中的吸附能力,还原能力是pH影响土壤中的有机质含量和反应过程,从而发生改变。在每个以pH为自变量的实验中,随着pH的升高,Cr(VI)吸附能力降低,还原能力升高。
  参考文献
  [1] 杨杰文, 陈爱珠, 钟来元. 砖红壤对Cr(VI)吸附-解吸反应动力学研究[J]. 环境化学, 2010, 29(2): 201-204.
  [2] 朱月珍. 土壤中六价铬的吸附与还原[J]. 环境化学, 1982, 05: 359-364.
  [3] 伍钧, 冉茂中, 刘清华, 杜娟. 红壤对铬(VI)吸附特性的研究[J]. 重庆环境科学, 1997, 19(6): 23-26.
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