【《影响金属运移的因素概述》3100字】

影响金属运移的因素概述目录TOC\o"1-3"\h\u14636影响金属运移的因素概述 1284951.1流速 1164991.2pH 175001.3离子强度 2217911.4土壤胶体 2176601.5天然有机质 3266421.6黏土矿物 3金属离子在多孔介质中的运移受到水物理条件（流速）、水化学条件（pH、离子强度）、及土壤组分（土壤胶体、天然有机质、高岭土）等多种因素的影响[29-32]。1.1流速纪书华[33]研究了重金属在石英砂柱中运移吸附，他发现，孔隙水流速大小对重金属穿透曲线的形状以及峰值等有明显影响。改变孔隙水流速从0.05m·h-1增加到0.3m·h-1，重金属离子出流、到达峰值结束的时间逐渐提前。王雨鹭[34]研究发现流速的变化会影响钒在饱和多孔介质中的运移过程，随着流速的增大，钒的出流及运移结束时间明显缩短，降低了钒在砂柱中的沉积，促进其在砂柱中的迁移，流速的变化对出流过程有着明显影响。流速对重金属迁移的影响主要分为两个方面，首先水流提供的水力学剪切力是重金属离子向上迁移的主要动力，重金属离子受到水流的拖拽力大于其自身重力时，才可能在多孔介质中发生向上的迁移过程；此外流速还会对胶体过滤理论中的接触效率参数产生重要影响，一般而言，水流流速越大，接触效率参数越小[9]。1.2pH土壤的pH值对污染物的运移有很大的影响。土壤pH的升高使得土壤组分中如粘土铝硅酸盐，Al/Fe羟基氧化物或有机配体上的羟基去质子化，从而导致重金属离子滞留在土壤中。另外，土壤pH过高也会引起重金属离子沉淀，形成难溶化合物。孙莹莹等[35]发现当溶液pH为4.5时，Zn2+/Cd2+/NH4+在多孔介质中截留的越多，随着溶液pH升到6.5，Zn2+/Cd2+/NH4+在多孔介质中的截留量减少。随着pH的升高，土壤表面负电荷量增多，高pH值有利于土壤表面质子的释放，导致土壤对Zn2+/Cd2+/NH4+的吸附量增加。同时，pH值的升高使得H+浓度降低，其未达到破坏重金属离子络合物的浓度，而土壤介质表面含氧基团得到活化，更多的重金属离子被络合，不易解吸。孙军娜等[36]以石英砂为饱和多孔介质，进行了室内砂柱实验，改变体系中的pH和孔隙水流速，研究多种金属元素Cu、Pb、Zn、Cd的迁移行为变化规律，当pH从7减小到4，重金属在饱和多孔介质中的迁移能力得到增强。Warwick[37]等利用纯砂柱作为介质环境，进行了多种金属对Zn和Cd的迁移性的影响因素研究，发现Zn和Cd在介质中的迁移行为会被pH所影响，在相同条件下，酸性环境中Zn和Cd的移动性比较大。1.3离子强度离子强度是溶液的基本性质，影响着溶质和溶液之间亲和力的大小。离子强度的降低有助于释放胶体；另外因离子强度改变而生成的水合离子会影响溶液的pH，使得游离态金属离子活度发生改变[38]，此外，离子强度的增加减小了重金属的水合离子半径。张威[39]发现随着离子强度的增加，流出物质量回收率会降低，胶体保留率会增加。杨亚提[40]在研究恒电荷土壤胶体对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附影响时发现Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)吸附量随着离子强度的增加呈指数降低。1.4土壤胶体通常土壤胶体是指土壤中粒径范围在1nm—1μm之间的层状硅酸盐、铁铝三氧化物、有机大分子、细菌和病毒等。土壤胶体广泛存在于土壤环境中，是土壤中最细小且最活跃的成分，对于土壤整体的性质和功能具有重要的影响。土壤胶体可以分为无机胶体和有机胶体两种，无机胶体主要包含土壤母质中矿物的残屑和矿物的风化产物，主要由黏粒硅酸盐和黏粒氧化物组成。有机胶体是由新鲜的或分解的动植物残体和微生物遗体组成，主要有腐殖质、木质素、蛋白质、纤维素、树脂和其他复杂化合物[41]。土壤胶体可以吸附污染物，能够在污染物的运移过程中起到载体的作用，其巨大的比表面积可以提高吸附有机污染物和无机污染物能力。作为污染物在环境中的载体，胶体可以携带重金属，促进重金属在环境中的迁移。土壤中的污染物质通过吸附过程附着在胶体表面，随着胶体迁移而在土壤和地下水中迁移转化，这个过程被称为胶体的易化运移。胶体对重金属的易化运输被认为是重金属在土壤和水中运移的一个重要机制。由于土壤胶体的存在，重金属等污染物在土壤介质中的运移也由固—液两相介质的运移转变为固—液—胶体三相介质中的运移[42]。马杰[43]发现随着土壤胶体浓度的升高，As(V)迁移逐渐加快。虽然不同土壤胶体浓度下As(V)穿透曲线的平台高度基本一致，但高浓度土壤胶体下As(V)的穿透时间最低，说明了高浓度土壤胶体对As(V)迁移的促进作用大于低浓度土壤胶体。1.5天然有机质天然有机质（NOM）广泛存在于各种水体、土壤、沉积物中，腐殖酸（HA）是天然有机质的主要组成部分，含有较多富里酸和胡敏酸。腐殖酸比表面积大，结构复杂，含有羧基、羟基、氨基、醛、酮、醚等多种活性基团，属于可变电荷有机胶体[44-45]，能通过各种含氧官能团的静电引力、化学络合及配体交换吸附水中的重金属离子，影响重金属离子的迁移转化行为及生态效应[46]。陈锴等[47]发现当腐殖酸与As(Ⅴ)运移时，体系环境中腐殖酸浓度的升高导致砂柱对As(Ⅴ)的去除能力下降。杨灵芳等人[48]利用批实验探究腐殖酸对Th(IV)的吸附本领，发现当pH稍小于7时，腐殖酸可以很好的吸附Th(IV)，分析结果得到腐殖酸对Th(IV)的吸附是因为羧基、羟基可以跟Th(IV)发生离子交换反应，而且腐殖酸表面所含有的一部分官能团也可以与Th(IV)发生络合反应。Ling[49]的研究表明腐殖酸对铀的吸附功能也很好。1.6黏土矿物土壤矿物质中的黏土矿物具有较高的活性，广泛存在于各类地质环境中，也是土壤的主要组成部分之一，影响着土壤的结构和性能。黏土矿物可分为层状硅酸盐化合物和铁铝锰硅的等氧化物和氢氧化物等非层状硅酸盐。常见的黏土矿物主要有凹凸棒石、高岭土、膨润土、伊利石、方解石、蒙脱土等。黏土矿物具有比表面积大、孔隙多以及极性强等特征，特殊的结构赋予粘土矿物许多特性，如吸附性、复水性能、膨胀、收缩性能，可塑性能和离子交换性能等。因此当污染物进入土壤中，会在层间产生交换、吸附等反应，固定污染物，从而一定程度上降低了污染物对土壤-地下水环境带来的风险[50]。高岭石在我国南方土壤中十分常见，是一种1:1型的层状硅酸盐黏土矿物，即晶层由一层硅片和一层铝片重叠而成，高岭石常呈致密细粒状和土状集合体，白色为主，混有杂质时呈黄、红或浅绿色，块体表面有滑感，土状光泽，为风化程度较高的矿物，颗粒总表面积相对较小，表面活性功能团主要有铝羟基、路易斯酸点位和硅羟基。高岭石黏土矿物是南方热带和亚热带土壤中普遍和大量存在的黏土矿物，而华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少，是湿热气候条件下红壤、砖红壤的主要黏土矿物[51]。Sun[52]通过对比Pb(Ⅱ)在砂柱内单独运移和Pb(Ⅱ)与高岭土共运移发现，共运移时Pb(Ⅱ)穿透速率更快；同时研究发现进一步通入高岭土胶体可以清除吸附在多孔介质上的Pb(Ⅱ)，表明高岭石胶体促进了Pb(Ⅱ)在柱内的运移。Zhu等[53]研究表明，高岭土作为运输汞的载体能够促进汞在砂子介质中的运输，移动的高岭土胶体可使汞从砂表面脱落，促进了汞的运移。姜岩等[54]对比Cu(Ⅱ)在砂柱内单独运移和Cu(Ⅱ)与高岭土共运移发现，发现高岭土胶体对Cu(Ⅱ)的促进迁移作用不明显，而Cu(Ⅱ)的存在明显抑制了高岭土的迁移，导致其在多孔介质中的沉积量增大。参考文献[1]J.L.Wang,S.Z.Wang.Preparation,modificationandenvironmentalapplicationofbiochar:areview[J]\o"GotoJournalofCleanerProductiononScienceDirect"JournalofCleanerProduction,2019,227:1002–1022.[2]PremarathnaK.S.D,AnushkaUR,BinoyS,etal.Biochar-basedengineeredcompositesforsorptivedecontaminationofwater:areview[J].\o"GotoChemicalEngineeringJournalonScienceDirect"ChemicalEngineeringJournal,2019,372:536–550.[3]VejeranoEP,RaoGY,KhachatryanL,etal.Environmentallypersistentfreeradicals:insightsonanewclassofpollutants[J].EnvironmentalScience&Technology,2018,52(5):2468–2481.[4]VolpeR,MenendezJMB,ReinaTR,etal.Freeradicalsformationonthermallydecomposedbiomass[J].Fuel,2019,255.[5]PryorWA,TerauchiK,DavisWH.Electron-spinresonance(ESR)studyofcigarettesmokebyuseofspintrappingtechniques[J].EnvironmentalHealthPerspectives,1976,16:161–176.[6]LyonsMJ,GibsonJF,IngramDJE.Free-radicalsproducedincigarettesmoke[J].Nature,1958,181:1003–1004.[7]DellingerB,PryorWA,CuetoR,etal.Roleoffreeradicalsinthetoxicityofairbornefineparticulatematter[J].ChemicalResearchinToxicol,2001,14:1371–1377.[8]RuanXX,SunYQ,DuWM,etal.Formation,characteristics,andapplicationsofenvironmentallypersistentfreeradicalsinbiochars:areview[J].BioresourceTechnology,2019,281:457–468.[9]FangGD,LiuC,GaoJ,etal.Manipulationofpersistentfreeradicalsinbiochartoactivatepersulfateforcontaminantdegradation[J].EnvironmentalScience&Technology,2015,49:5645–5653.[10]HeJ,XiaoY,TangJC,etal.Persulfateactivationwithsawdustbiocharinaqueoussolutionbyenhancedelectrondonor-transfereffect[J].ScienceofTheTotalEnvironment,2019,690:768–777.[11]WangHZ,GuoWQ,YinRL,etal.Biochar-inducedFe(III)reductionforpersulfateactivationinsulfamethoxazoledegradation:insightintotheelectrontransfer,radicaloxidationanddegradationpathways[J].ChemicalEngineeringJournal,2019,362:561–569.[12]LiangJ,XuXY,ZamanWQ,etal.Differentmechanismsbetweenbiocharandactivatedcarbonforthepersulfatecatalyticdegradationofsulfamethoxazole:rolesofradicalsinsoluti