铜污染对土壤缓冲性能的影响,土壤污染论文

铜污染对土壤缓冲性能的影响,土壤污染论文土壤本身的缓冲性能，能为各种植物和微生物提供稳定的生活环境条件，还能对外源重金属污染起到防治作用。在太原盆地，汾河流域重金属污染程度较高[1],华而不实铜污染对生态有较高风险[2].现研究汾河太原段岸边两种土壤对酸性与碱性的缓冲性能及土壤中有机质在华而不实所起的作用，分析铜对土壤缓冲性能的影响，旨在为预防和改善铜污染土壤的性质和保卫生态环境提供根据。1材料与方式方法1.1试验材料供试土壤：在太原市尖草坪区汾河河岸边取两种典型土样，A土和B土。采集时土样深度为0~20cm,土样深浅和宽窄大体一致，不取与金属有接触的土样，每个土样都由10个样点均匀混合组成。土样带回实验室后在实验前进行前期处理，去除石块、植物残渣和大颗粒杂物，自然风干，碾碎后过60目筛，在恒温箱中用105℃烘2h,移入枯燥器冷却至室温备用。用水土比例5∶1测出两种土壤的原土pH值，用重铬酸钾-油浴法[3]测定A土与B土的有机质含量，土壤理化性质各数值见表1.1.2试剂与仪器主要试剂：硫酸铜；氢氧化钠；硝酸；盐酸；以上药品均为分析纯。主要仪器：752N紫外-可见分光光度计；六联数显控温磁力搅拌器；HH-6数显恒温水浴锅；梅特勒-托利多实验室pH计〔FE20〕.1.3试验方式方法试验均在25℃条件下进行，除了铜离子浓度试验设一组，其余均设两组，一组为A土与B土原土土样，一组为参加铜离子后的铜污染A土与B土土样.每组实验均平行两次。称取烘干后土壤10g于烧杯中，在土壤中参加去离子水或铜溶液〔酸碱溶液〕,用pH计测定pH值前要把水土混合液搅拌均匀，并静置30min.1.3.1最佳水量试验按1∶1、2.5∶1、5∶1〔w/w〕的水土质量比向放有土样的烧杯中参加去离子水，华而不实一组烧杯中参加500mg/L的铜离子10mL、200mg/L的铜离子25mL、100mg/L的铜离子50mL.1.3.2铜离子浓度试验参加初始浓度分别为〔20、40、60、80、100、120、140〕mg/L铜离子溶液50mL,在吸附平衡后测定pH值。1.3.3土壤缓冲曲线测定试验每组参加初始浓度分别为〔0.02、0.04、0.06、0.08、0.10〕mol/L的HNO3溶液50mL,或者参加初始浓度分别为〔0.05、0.10、0.15、0.20、0.25〕mol/L的NaOH溶液50mL,每隔10h测一次pH值，至最后稳定为止[4].取适量A土和B土通过30%H2O2脱除有机质后，按以上步骤测定缓冲曲线。2结果与讨论2.1水土质量比对土壤pH值的影响参加不同质量去离子水静置后，两种土壤的pH值如表2所示。由表2可见，不同水土质量比对两种土壤原土以及铜污染后的两种土壤的pH值影响不大，A土、B土、铜污染A土、铜污染B土在水土质量比为1∶1与5∶1时土壤pH均值的增量分别是0.07、0.03、0.08、0.05.把水土质量比为5∶1时土壤pH均值作为真值，经过t检验，P值均大于0.05,表示清楚真值可信。比照同一种土壤，能够发现，参加铜离子后的土壤pH值与原土相比略微有些降低。研究表示清楚，水中溶质有差异的情况下水土比才会对土壤pH值影响较大[5],实验用水均为去离子水，因此水土质量比对土壤pH值的影响可忽略不计。试验最佳用水量选用5∶1的水土质量比。土壤本身呈碱性，参加铜离子后，部分Cu2+会与水土混合液中OH-发生反响，生成Cu〔OH〕2沉淀，该反响消耗了溶液中部分OH-,使溶液中OH-浓度下降，由于水解作用，H+浓度会有所上升；可以能是土壤吸附铜离子的经过中释放出了H+[6],因而参加铜离子后A土与B土的pH值有些微下降。2.2铜离子浓度对土壤pH值的影响不同铜离子浓度对土壤pH值的影响见图1.由图1可见，随着铜离子浓度的逐步增大，土壤pH值逐步降低，并且pH值的下降速率逐步减小。研究结果表示清楚，随着铜离子浓度的增大，土壤对其吸附量增大，消耗的OH-的量增加，pH值逐步降低；接着土壤对铜离子吸附量到达最大，参加的铜离子被完全吸附，吸附到达平衡，铜离子浓度继续增大，吸附量几乎不变[7],吸附经过消耗OH-的量几乎一样，没有能被吸附的铜离子水解反响消耗OH-的量与铜离子浓度有关，故pH值降低速率减缓。铜离子完全生成Cu〔OH〕2沉淀所需OH-与溶液中OH-浓度的变化情况见表3.研究表示清楚，当溶液pH6.4时，铜主要以Cu〔OH〕2沉淀的形式存在[8],土壤溶液pH值都大于6.4,而从表3的数据能够看出，生成Cu〔OH〕2沉淀所需要的OH-的量大大超出了土壤原土溶液中OH-的量。同时，吸附反响前后OH-浓度的差值并不是与铜离子一样成比例增加，而是增量越来越小。这些数据表示清楚A和B两种碱性土壤对铜离子的吸附经过，不是单纯的生成Cu〔OH〕2沉淀的化学反响经过，而是络合螯合沉淀等一系列化学反响与一些复杂的物理反响同时存在作用的经过。2.3土壤酸碱缓冲性能土壤平衡缓冲曲线测定结果见图2.从图2能够看出，A土与B土缓冲曲线形状有所差异不同，这反映出两种土壤缓冲性强弱程度有所不同。用土壤缓冲容量〔=H〔OH〕/pH〕比拟两种土壤对酸碱缓冲性的强弱，用缓冲率〔=/〕比拟铜离子和有机质对土壤缓冲的影响强弱，和数值见表4.在图2〔a〕中，两种土壤对酸的缓冲性强弱随着参加酸浓度的增大有所改变，酸浓度较低时，B土对酸缓冲性强于A土；酸浓度变大后，变成了A土对酸缓冲性强于B土。由图2〔a〕并不能确定两种土壤对酸的缓冲性强弱，因而，必须通过计算缓冲容量来比拟。从表4中酸缓冲容量H〔H=H/pH〕的数据可知，土壤对酸的缓冲性强弱顺序是：A土铜污染A土B土铜污染B土脱OMA土脱OMB土。A土对酸缓冲性强于B土是与其本身物理性黏粒含量有关的，黏粒含量大，对酸缓冲容量也大[9].通过比拟H值能够发现，铜污染后A土对酸的缓冲能力减弱量大于B土，脱除有机质后B土对酸的缓冲能力减弱量大于A土。而且，两种土壤受铜污染后的H比脱除有机质后的H小得多，因而铜离子对酸缓冲性能影响不大，有机质才是影响两种土壤对酸缓冲性能的主要因素。研究表示清楚，土壤pH升高有机质含量会下降[10],而有机质的主要成分是腐殖质，腐殖质中的富里酸能与酸反响消耗H+[11],于是脱出有机质后土壤对酸的缓冲性能会下降。在图2〔b〕中，能够看出B土对碱的缓冲性强于A土，结合表4中碱缓冲容量OH〔OH=OH/pH〕的大小，能够得出对碱的缓冲性强弱顺序是：B土A土铜污染B土铜污染A土脱OMB土脱OMA土，与图2〔b〕所示一致。这种现象可能是由于B土的有机质含量高于A土，故其对碱缓冲容量大，华而不实详细原因还需深切进入研究。比拟OH值能够发现，铜污染和脱除有机质后都是B土的碱缓冲性所受影响比A土大。而且，两种铜污染后的土壤OH与脱除有机质后的OH值相差不大，表示清楚铜离子和有机质都是影响两种土壤对碱缓冲性能的主要因素。研究表示清楚，在高pH值时，Cu2+与OH-会构成吸附在土壤胶体外表的羟基水合金属离子，而Cu〔OH〕2沉淀也会部分溶解生成四羟基合铜离子[12],这些反响均消耗OH-,故参加铜离子促进了土壤对碱的缓冲。有机质中的富里酸和胡敏酸能溶于碱性溶液，因而有机质的存在也能促进土壤对碱的缓冲。3结论〔1〕测两种原土和铜污染后土壤pH值时，参加不同质量的水对测量结果影响不大，铜污染后的土壤pH值与原土相比略微有些降低。〔2〕参加土壤中铜离子浓度逐步增大，土壤pH值逐步降低后趋于平衡。而土壤溶液中OH-的减少量与铜离子的增加量并不成比例，表示清楚土壤pH值的变化与土壤吸附铜离子发生的反响有关，这种吸附经过不是单纯的沉淀反响，而是络合螯合沉淀等化学反响与复杂物理反响综合作用的结果。〔3〕土壤对酸的缓冲性强弱顺序是：A土铜污染A土B土铜污染B土脱OMA土脱OMB土。表示清楚土壤物理性黏粒含量大，对酸缓冲容量也大。铜污染后对A土缓冲酸的能力影响比B土大，脱除有机质后