论文部分内容阅读
摘要[目的]研究改性的水溶性羧甲基壳聚糖（WSCC）对铅的增溶、解吸行为。[方法]研究WSCC对铅的增溶作用，并利用WSCC进行铅污染土壤的解吸试验，考察了pH、离子强度、有机质和WSCC初始浓度对铅的解吸影响。[结果]WSCC对碳酸铅的增溶效果显著，当其浓度为2 g/L时，水溶液中Pb2+浓度可达到600 mg/L。WSCC对铅解吸能力随着土壤中有机质含量的增加而降低，pH的升高、离子强度的增加和WSCC初始浓度增加有利于铅的解吸。[结论]该静态解吸研究可为铅污染土壤的修复提供基础信息及依据。
关键词WSCC；铅；增溶；解吸
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2015）06-253-02
一般进入土壤中的重金属在土壤中易与有机质结合，极不易溶解。通过添加螯合剂，借助螯合剂对重金属的螯合作用可对土壤中的一些重金属难溶盐进行增溶，使其溶解度增大，有助于土壤中重金属的解吸。该研究选用壳聚糖为主要基本原料，通过改性合成的羧甲基壳聚糖具有无毒、可生物降解及良好的水溶性，是优良的环境友好材料。笔者着重研究了改性后的水溶性羧甲基壳聚糖（WSCC）对铅的增溶作用及铅污染土壤的解吸行为。
1材料和方法
1.1试剂与仪器碳酸铅，硝酸铅，硝酸钾（均为分析纯），水溶性羧甲基壳聚糖。北京瑞利WFX120型原子吸收分光光度计，上海安亭科学仪器厂TDL40B离心机，江苏荣华SHZ82A恒温振荡仪。
1.2试验方法
1.2.1铅的增溶试验。在150 ml锥形瓶中，分别加入25 ml一系列浓度的WSCC溶液，然后加入少量过量的碳酸铅，在25 ℃和180 r/min条件下，振荡24 h后，在4 000 r/min速度下离心30 min；取上层清液用原子吸收分光光度计进行铅浓度的测定。
1.2.2土壤中铅的解吸试验。
1.2.2.1土壤及污染土样的制备。试验所用的土壤采自抚州市郊区，土壤经室温风干后，剔去碎石、植物根、叶等杂物，磨碎过2 mm筛，其主要理化性质：沙粒（0.02～2.00 mm）含量32.6%、粉粒（0.002～0.020 mm）含量23.8%、粘粒（<0.002 mm）含量43.6%；有机质含量为4.91%；阳离子交换量（CEC）为17.49 cmol/kg；含水率20.19 %；pH 5.53（水土比5∶1）。
通过对铅的吸附试验的研究，可以说明土壤中铅的最大吸附量为17 mg/g。按最大吸附量配制污染土样，将500 ml铅浓度为6.8 g/L的硫酸铅水溶液同200 g 土壤混合均匀，污染土壤风干后，再过2 mm筛，稳定一周后待用。
1.2.2.2铅的解吸研究。称取一系列0.1 g的制备土置于150 ml的锥形瓶中，分别加入25 ml 2 g/L WSCC溶液，于25 ℃下恒温振荡，按不同的时间间隔取样，以4 000 r/min离心30 min，分离上清液，用原子吸收分光光度计测定上清液中铅的浓度，同时研究pH、离子强度、有机质、WSCC溶液不同初始浓度对铅的解吸影响。
2结果与分析
2.1WSCC对碳酸铅的增溶作用WSCC对碳酸铅的增溶作用如图1所示，WSCC对碳酸铅的增溶效果明显，碳酸铅在溶液中的表观溶解度随WSCC浓度的增加而增加，当WSCC浓度为2 g/L时，溶液中的Pb2+的浓度可以达到近600 mg/L。这主要是由于WSCC分子上的氨基和羧基与Pb2+发生配位作用。
图1WSCC对碳酸铅的增溶2.2WSCC对污染土壤中铅的解吸
2.2.1pH对解吸的影响。图2表明解吸率与pH成正比。Pb2+与WSCC发生配位作用，主要是通过壳聚糖分子中的羟基、胺基及其他活性基团对重金属离子的螯合作用来进行的。pH较低时，壳聚糖链节上的NH2结合了溶液中的H+形成NH+3，使NH2基的配位能力下降，减弱壳聚糖与Pb2+的螯合作用，从而使吸附率降低[1]。pH升高时，壳聚糖中的NH2游离出来，且Pb2+离子的螯合作用强于质子H+的络合作用，因此吸附率增加。
2.2.2离子强度对铅解吸的影响。图3是离子强度对铅解吸的影响，WSCC对Pb2+解吸能力也与离子强度成正比。这是由于K+本身会与金属离子竞争土壤表面的吸附位点[2]，KNO3电解产生的NO-3跟吸附位点上的铅能生成可溶盐，从而溶解到溶液中。此外，离子强度的增加还会增强WSCC上官能团的配位作用，从而增大其解吸能力。
图2pH对铅解吸率的影响图3离子强度对铅解吸率的影响图4有机质含量对铅解吸率的影响图5初始浓度对铅解吸率的影响2.2.3有机质含量对解吸的影响。由图4可知，随着土壤中有机质含量逐渐升高，WSCC对铅的解吸率逐渐降低。这是由于有机质本身具有较多的含氧官能团如羧基、酚基、羟基等，这些官能团的存在使得重金属与有机质之间有很强的亲和性从而形成配位作用[3]，由于土壤中有机质含量的增加，有机质对土壤中重金属竞争配位作用的增强，从而导致WSCC对重金属铅解吸量的减少。
2.2.4初始浓度对铅解吸的影响。如图5所示，随着初始浓度的升高，土壤中Pb2+的解吸率越高。说明WSCC能与Pb2+较好地发生配位作用。
3结论
WSCC对铅的增溶结果表明，WSCC对不溶盐碳酸铅的增溶效果显著，随着WSCC的初始浓度增加，其对铅的增溶能力进一步增加。当其浓度达到2 g/L时，水溶液中的Pb2+的浓度达到600 mg/L。
参考文献
[1] 艾林芳，王光辉，吴辉.水溶性羧甲基壳聚糖对Cd2+的解吸行为研究[J].环境污染与防治，2012，34（3）：22-25，34.
[2] 董长勋，潘根兴，陆建虎，等.黄泥土微团聚体颗粒组对Cu2+的吸附与解吸研究[J].生态环境，2006，15（5）：988-992.
[3] XU D，WANG X K，CHEN C L，et a1.Influence of Soil Humic Acid and Fulvic Acid on Sorption of Thorium（IV）on MX-80 Bentonite[J].Radiochim Acta，2006，94：429-434.安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2015，43（6）：255-257
关键词WSCC；铅；增溶；解吸
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2015）06-253-02
一般进入土壤中的重金属在土壤中易与有机质结合，极不易溶解。通过添加螯合剂，借助螯合剂对重金属的螯合作用可对土壤中的一些重金属难溶盐进行增溶，使其溶解度增大，有助于土壤中重金属的解吸。该研究选用壳聚糖为主要基本原料，通过改性合成的羧甲基壳聚糖具有无毒、可生物降解及良好的水溶性，是优良的环境友好材料。笔者着重研究了改性后的水溶性羧甲基壳聚糖（WSCC）对铅的增溶作用及铅污染土壤的解吸行为。
1材料和方法
1.1试剂与仪器碳酸铅，硝酸铅，硝酸钾（均为分析纯），水溶性羧甲基壳聚糖。北京瑞利WFX120型原子吸收分光光度计，上海安亭科学仪器厂TDL40B离心机，江苏荣华SHZ82A恒温振荡仪。
1.2试验方法
1.2.1铅的增溶试验。在150 ml锥形瓶中，分别加入25 ml一系列浓度的WSCC溶液，然后加入少量过量的碳酸铅，在25 ℃和180 r/min条件下，振荡24 h后，在4 000 r/min速度下离心30 min；取上层清液用原子吸收分光光度计进行铅浓度的测定。
1.2.2土壤中铅的解吸试验。
1.2.2.1土壤及污染土样的制备。试验所用的土壤采自抚州市郊区，土壤经室温风干后，剔去碎石、植物根、叶等杂物，磨碎过2 mm筛，其主要理化性质：沙粒（0.02～2.00 mm）含量32.6%、粉粒（0.002～0.020 mm）含量23.8%、粘粒（<0.002 mm）含量43.6%；有机质含量为4.91%；阳离子交换量（CEC）为17.49 cmol/kg；含水率20.19 %；pH 5.53（水土比5∶1）。
通过对铅的吸附试验的研究，可以说明土壤中铅的最大吸附量为17 mg/g。按最大吸附量配制污染土样，将500 ml铅浓度为6.8 g/L的硫酸铅水溶液同200 g 土壤混合均匀，污染土壤风干后，再过2 mm筛，稳定一周后待用。
1.2.2.2铅的解吸研究。称取一系列0.1 g的制备土置于150 ml的锥形瓶中，分别加入25 ml 2 g/L WSCC溶液，于25 ℃下恒温振荡，按不同的时间间隔取样，以4 000 r/min离心30 min，分离上清液，用原子吸收分光光度计测定上清液中铅的浓度，同时研究pH、离子强度、有机质、WSCC溶液不同初始浓度对铅的解吸影响。
2结果与分析
2.1WSCC对碳酸铅的增溶作用WSCC对碳酸铅的增溶作用如图1所示，WSCC对碳酸铅的增溶效果明显，碳酸铅在溶液中的表观溶解度随WSCC浓度的增加而增加，当WSCC浓度为2 g/L时，溶液中的Pb2+的浓度可以达到近600 mg/L。这主要是由于WSCC分子上的氨基和羧基与Pb2+发生配位作用。
图1WSCC对碳酸铅的增溶2.2WSCC对污染土壤中铅的解吸
2.2.1pH对解吸的影响。图2表明解吸率与pH成正比。Pb2+与WSCC发生配位作用，主要是通过壳聚糖分子中的羟基、胺基及其他活性基团对重金属离子的螯合作用来进行的。pH较低时，壳聚糖链节上的NH2结合了溶液中的H+形成NH+3，使NH2基的配位能力下降，减弱壳聚糖与Pb2+的螯合作用，从而使吸附率降低[1]。pH升高时，壳聚糖中的NH2游离出来，且Pb2+离子的螯合作用强于质子H+的络合作用，因此吸附率增加。
2.2.2离子强度对铅解吸的影响。图3是离子强度对铅解吸的影响，WSCC对Pb2+解吸能力也与离子强度成正比。这是由于K+本身会与金属离子竞争土壤表面的吸附位点[2]，KNO3电解产生的NO-3跟吸附位点上的铅能生成可溶盐，从而溶解到溶液中。此外，离子强度的增加还会增强WSCC上官能团的配位作用，从而增大其解吸能力。
图2pH对铅解吸率的影响图3离子强度对铅解吸率的影响图4有机质含量对铅解吸率的影响图5初始浓度对铅解吸率的影响2.2.3有机质含量对解吸的影响。由图4可知，随着土壤中有机质含量逐渐升高，WSCC对铅的解吸率逐渐降低。这是由于有机质本身具有较多的含氧官能团如羧基、酚基、羟基等，这些官能团的存在使得重金属与有机质之间有很强的亲和性从而形成配位作用[3]，由于土壤中有机质含量的增加，有机质对土壤中重金属竞争配位作用的增强，从而导致WSCC对重金属铅解吸量的减少。
2.2.4初始浓度对铅解吸的影响。如图5所示，随着初始浓度的升高，土壤中Pb2+的解吸率越高。说明WSCC能与Pb2+较好地发生配位作用。
3结论
WSCC对铅的增溶结果表明，WSCC对不溶盐碳酸铅的增溶效果显著，随着WSCC的初始浓度增加，其对铅的增溶能力进一步增加。当其浓度达到2 g/L时，水溶液中的Pb2+的浓度达到600 mg/L。
参考文献
[1] 艾林芳，王光辉，吴辉.水溶性羧甲基壳聚糖对Cd2+的解吸行为研究[J].环境污染与防治，2012，34（3）：22-25，34.
[2] 董长勋，潘根兴，陆建虎，等.黄泥土微团聚体颗粒组对Cu2+的吸附与解吸研究[J].生态环境，2006，15（5）：988-992.
[3] XU D，WANG X K，CHEN C L，et a1.Influence of Soil Humic Acid and Fulvic Acid on Sorption of Thorium（IV）on MX-80 Bentonite[J].Radiochim Acta，2006，94：429-434.安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2015，43（6）：255-257