论文部分内容阅读
土壤是由矿物、微生物、有机物等多种固相组分组成的复杂体系,在不同的环境条件下,三者会通过复杂的交互作用形成不同的有机-无机复合体,使其表面物理化学性质产生差异,从而对重金属在土壤中的形态、分布和转化造成不同的影响。本文以两种代表性土壤矿物(针铁矿、蒙脱石)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、腐殖酸为材料,以不同添加顺序制备矿物-细菌+腐殖酸(G/M-B+H)、矿物-腐殖酸+细菌(G/M-H+B)、细菌-腐殖酸+矿物(B-H+G/M)、矿物-细菌-腐殖酸(G/M-B-H)四种复合体,考察不同方式形成的矿物、细菌、腐殖酸三元复合体的表面物理化学性质,采用原子力显微镜(AFM)、激光粒度仪、自动电位滴定、傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、等温滴定微量热(ITC)等技术手段,探究不同方式形成的复合体表面对Cd(II)的吸附特点与机制,获得以下主要结果:1.不同方式形成的矿物、细菌、腐殖酸三元复合体具有不同的结合程度及粒径分布。在针铁矿体系中,复合体G-H+B中细菌轮廓及边缘清晰,细菌表面暴露更多的位点;复合体G-B+H、G-H+B的平均粒径最大,各组分结合的不够紧密,形成的复合体不太稳定。在蒙脱石体系中,复合体M-B+H与H-B+M中的各组分结合相对紧密,游离的矿物较少。复合体M-H+B团聚效果相对较差,且平均粒径最小。2.在pH 3~4、7~10.5区间内,不同方式形成的矿物、细菌、腐殖酸三元复合体位点浓度差异显著(p<0.05)。在针铁矿体系中,复合体G-B+H在pH 3~4区间去质子化基团更多,说明其有更多的磷酰基和羧基;在蒙脱石体系中,复合体M-H+B、M-B-H在p H 7~10.5区间去质子化基团更多,说明其有更多的磷酸基。3.不同方式形成的三元复合体对Cd(II)的吸附量差异显著(p<0.05)。Cd(II)的吸附容量大小为:H-B+G>G-B-H>G-H+B>G-B+H;H-B+M>M-B-H>M-B+H>MH+B。吸附是一个快速反应过程,且以化学吸附为主。针铁矿G-H+B、G-B-H与蒙脱石M-H+B、M-B-H的初始反应速率较大,在pH=7条件下其表面存在更多的重金属吸附位点,且暴露了更多的磷酸基团参与了对Cd(II)的吸附。4.针铁矿体系中,四种复合体对Cd(II)的吸附均为微量吸热反应,其中复合体GH+B吸附Cd(II)产生的总热量最大;蒙脱石体系中,四种复合体对Cd(II)的吸附均为吸热反应,其中复合体M-B-H吸附Cd(II)产生的总热量最大,所有复合体与Cd(II)反应均以生成内圈络合物为主。