磷和柠檬酸共存对红壤胶体固定铅的影响机理研究

【摘要】利用含磷物质修复铅(Pb)污染土壤是一种有效的铅污染土壤治理措施。可变电荷土壤吸附磷后,影响对重金属的吸持固定,介质中的有机酸能够活化土壤中的矿质磷,也可与重金属形成络合物而影响其在胶体上的吸附。因此,有机酸既可与重金属络合而增强重金属移动性,又可通过磷活化来增强对重金属的固定。本文以红壤胶体、针铁矿及高岭石为对象,通过系列平衡吸附试验、Zeta电位及X-射线衍射(XRD)分析等手段研究了磷(P)和柠檬酸(cit)对红壤胶体及矿物固定铅的影响及机理；同时,以模拟铅污染红壤为对象,外源添加磷和柠檬酸,采用BCR三步连续提取法(简称BCR法)、CaCl2提取和毒性淋溶提取(简称TCLP提取)评价了柠檬酸存在下磷对模拟铅污染土壤的钝化效果。旨在为探讨磷-铅-有机酸三者相互作用机理提供初步资料,并为利用磷和柠檬酸共存下修复铅污染土壤提供科学依据。主要研究结果如下：1.柠檬酸和磷浓度变化对红壤胶体固定铅的影响红壤胶体、针铁矿和高岭石对铅的吸附量随柠檬酸浓度的升高均呈现峰形曲线变化；柠檬酸浓度分别在<0.5mmol/L、≤5.0mmol/L和≤1.Ommol/L时,表现为促进红壤胶体、针铁矿和高岭石对铅的吸附作用,高于此浓度则会抑制它们对铅的吸附；其促进或者抑制铅吸附的相对“高浓度”或者“低浓度”与矿物类型有关。磷和0.1mmol/L柠檬酸促进红壤胶体对铅的固定,而浓度为0.5mmol/L的柠檬酸,则抑制其对铅的固定；添加0.1mmol/L和0.5mmol/L柠檬酸的处理,均促进两种矿物对铅的吸附。即0.5mmol/L柠檬酸对两种矿物来说为“相对低浓度”；对红壤胶体来说,则为“相对高浓度”,可能表现为促进或者抑制作用的临界点。2.铅的次级吸附-解吸红壤胶体对铅的吸附量随加入磷浓度及磷吸附量的增加而增加；高岭石中,各处理中铅吸附量的变化趋势与红壤胶体类似,但是变幅没有红壤胶体明显。针铁矿中,随着加入磷浓度的增加,各处理铅吸附量先减小后增加,这可能与磷在针铁矿表面与铁氧化物结合而形成铁-磷“包被”有关。红壤胶体和两种矿物体系中均为随着铅吸附量的增加,铅的解吸率减小,说明铅在红壤胶体及矿物表面的吸附并非简单的电性吸附,而是磷酸根吸附导致的矿物对铅的专性吸附。3.不同pH下磷和柠檬酸对红壤胶体固定铅的影响在pH3-6范围内红壤胶体对铅的固定量随pH增加而逐渐增加；添加1mmol/L磷的处理中,铅固定量随pH增加而急剧增加,pH>4时铅固定率达到98%以上；添加0.5mmol/L柠檬酸的处理中,红壤胶体对铅的固定量呈先增加后减小的趋势,与柠檬酸在土壤中的吸附量变化趋势一致；添加1mmol/L磷和0.5mmol/L柠檬酸的处理,其固定铅量在整个试验pH范围内均高于对照处理和柠檬酸处理,而低于1mmol/L磷处理。这可能与磷、铅在红壤胶体表面的协同吸附作用有关。4.磷和柠檬酸对红壤胶体及两种矿物动电电位的影响磷或(和)柠檬酸,均能降低红壤胶体的zeta电位,降低程度大小为1mmol/LP+0.5mmol/Lcit>0.5mmol/Lcit>1mmol/LP。胶体经1mmol/LP处理后zeta电位减小程度最小,而其对铅的固定量最大,表明磷存在时增加红壤胶体对铅的固定量并非是简单的静电吸附,而是铅与红壤胶体表面专性吸附的磷酸根的协同作用产生了磷-铅类物质；高岭石和针铁矿体系中,添加磷和柠檬酸处理后,矿物表面的zeta电位均显著降低。5.X射线衍射分析1.0mmol/LP存在下红壤胶体对铅的固定过程中生成磷氯铅矿,而在CK(不加P和cit、0.5mmol/Lcit及1.0mmol/LP+0.5mmol/Lcit处理中没有发现明显的磷氯铅矿衍射峰。即P存在下促进红壤胶体对铅吸附的主要机制是通过表面协同吸附作用而生成了磷-铅类矿物,而供试浓度下柠檬酸则抑制磷氯铅矿的生成或者降低了它的稳定性。6.磷和柠檬酸修复模拟铅污染土壤效果及稳定性评价(1)无柠檬酸时,酸提取态Pb含量随磷添加量增加而降低；一定磷浓度下,则随柠檬酸浓度增加而增加。残渣态Pb含量的变化趋势与之相反。表明磷对铅有钝化效果,而柠檬酸在供试浓度下则增加铅的活性。(2)柠檬酸浓度一定时,CaCl2和毒性淋溶(TCLP)提取态铅均随磷浓度增加而降低；但磷浓度一定时,随柠檬酸浓度增加,CaCl2提取态铅量减少,而TCLP提取态铅量增加。结合铅形态分级的结果,认为TCLP提取法更适合用于评价磷和有机酸共存对模拟铅污染土壤的钝化效果。
【作者】左继超；
【导师】胡红青；
【作者基本信息】华中农业大学，土壤学，2014，硕士
【关键词】磷；柠檬酸；铅；红壤胶体；矿物；吸附-解吸；

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