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外源铜在土壤矿物中的老化过程及影响因素研究

周世伟

   外源铜在土壤中的老化是指添加到土壤中的水溶性铜,其可浸提性、可交换性、生物有效性和/或毒害随时间逐渐降低过程,也称之为自然消减。可见,田间污染土壤中的铜与人工新添加的铜的有效性或毒害存在着较大的差异,在铜的生态风险评价和土壤质量标准的制定中,认识并预测铜的老化过程显得十分重要和必需。而且,外源铜老化研究还可为正确认识铜在土壤中的化学行为提供新的实验证据,从而丰富和发展土壤化学、土壤表面化学知识体系;同时,对污染土壤的管理和修复也有重要的指导意义。 本实验采用连续提取方法和X射线衍射技术,系统研究(1)外源铜在膨润土中的老化过程和机理;(2)膨润土混合体系中外源铜的老化过程;(3)外源铜老化的影响因素。旨在为粘土矿物外源铜的老化提供扩散机理证据;揭示有机酸、温度和pH对铜长期老化的影响以及它们在粘土矿物和氧化物中的差异,从而有效指导人工调控土壤中铜的化学行为。 本研究获得了下列重要结果: (1)铜在膨润土中的老化是一个缓慢的动态过程(持续一年以上),主要受微孔扩散反应控制(表观扩散速率系数D/r~2=7.44×10~(-11)~2.31×10~(-10)s~(-1));随着pH变化,铜向粘土矿物层间扩散的离子形态发生变化(低pH时,扩散离子是Cu~(2+),高pH时CuOH~+成主导扩散离子)。这验证了对铜老化过程的猜测,丰富了土壤表面化学理论。 (2)腐殖酸、针铁矿和碳酸钙都促进铜的短期老化(增加了M值),这归因于表面聚合/沉淀作用;但对继续老化过程(微孔扩散作用)会有抑制,特别添加碳酸钙处理(降低了D/r~2),认为这些土壤组分和铜的络合阻止了铜离子向粘土矿物层间的扩散。这对认识土壤(特别是石灰性土壤)中重金属的化学行为提供了新的证据。 (3)在粘土矿物(膨润土)体系,腐殖酸显著促进铜的老化,低分子量有机酸(EDTA和草酸)没有影响;而在氧化物(针铁矿)体系,腐殖酸和EDTA都显著抑制老化,草酸基本没有影响。在这两种矿物中,升高温度都明显促进老化过程,pH都不产生显著影响。各因子对针铁矿外源铜老化的影响更加明显,意味着可变电荷表面为主的土壤(红壤、砖红壤等)中重金属的老化过程更容易调控。这为定向调控土壤铜的化学行为提供了重要的科学依据。……   
[关键词]:老化;;微孔扩散;连续提取;土壤矿物
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国农业科学院2007年