鼠李糖脂对稀土元素镧、铈、钇、铕的土壤淋洗效果及影响因素研究

发布时间：2017-09-08 19:06

  本文关键词：鼠李糖脂对稀土元素镧、铈、钇、铕的土壤淋洗效果及影响因素研究

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【摘要】：20世纪60年代末,风化壳淋积型稀土矿在中国江西地区首次发现。稀土矿区的长期开发导致周边土壤环境中稀土元素及伴生元素含量严重超标,威胁了周边居民身体健康及农业发展。土壤淋洗是一种能够快速移除污染物,短时间内降低土壤中污染物浓度的有效技术手段,其中淋洗剂的选择尤为重要。生物表面活性剂作为一种淋洗剂,具有对环境低毒、可生物降解等特点。本文旨在针对目前稀土矿山土壤污染现状,探讨在土壤淋洗过程中,典型生物表面活性剂-鼠李糖脂对模拟土壤中稀土元素的淋洗效果。并以鼠李糖脂在土壤中的吸附行为、鼠李糖脂与稀土元素La、Ce、Y、Eu的络合常数为基础,分析淋洗效果的作用机理,并以淋洗前后稀土元素及土壤理化性质的变化,讨论鼠李糖脂作为淋洗剂应用于稀土矿山修复的可行性,为矿区生态修复提供一种新的思路。研究内容和结果如下:(1)pH值是影响鼠李糖脂结构的主要因素。通过观察不同pH值鼠李糖脂在生物显微镜下的呈像可以发现,鼠李糖脂受环境pH值影响较大。当环境pH值偏低(pH7),鼠李糖脂在溶液中主要以结构较大的囊泡型形态为主导,pH值越低,鼠李糖脂越容易发生沉降;在碱性条件(pH7)下,随着pH值的增大,溶液中胶束形态鼠李糖脂逐渐占主导。(2)鼠李糖脂在土壤中的吸附行为受pH值影响较大。鼠李糖脂在土壤中的吸附量遵循线性增加的趋势,通过方程参数对比发现鼠李糖脂在土壤中的吸附行为更符合Freundlich方程,且吸附常数受pH值影响。pH=10时,鼠李糖脂的吸附常数最大,吸附行为更倾向于线性关系;pH值为5.5时,方程线性因子最大,平衡常数与吸附量之间对应关系更倾向于S型曲线。(3)鼠李糖脂对稀土元素的络合能力具有差异性。以阳离子交换树脂作为吸附介质,在水相体系中,鼠李糖脂对六种元素的离子交换效果均会随着鼠李糖脂浓度的增加而提高。计算后鼠李糖脂与各元素之间的络合能力强弱为:YLaEuCe。络合常数受环境pH影响,pH值提高,络合能力增强;另外,(NH4)2SO4及各离子的加入均能有效提高鼠李糖脂与稀土元素的络合效果,以效果最差的SO42-离子为例,其使La、Ce、Y、Eu的淋洗率分别提高了1.81、1.20、1.24、1.42倍。(4)鼠李糖脂对不同稀土元素的淋洗效果也具有差异性,其中La、Ce、Y、Eu的淋洗率大小为:YLaEuCe,与络合能力强弱吻合。在“鼠李糖脂-稀土元素-土壤胶团”组成的反应体系中,当土壤中鼠李糖脂浓度较小(低于阈值浓度),鼠李糖脂与稀土元素主要发生竞争吸附作用,因此随着鼠李糖脂浓度的增加,稀土元素的淋洗率也不断提升;当鼠李糖脂浓度超过阈值浓度,淋洗率大小主要受鼠李糖脂与各稀土元素的络合能力影响。(5)鼠李糖脂作为一种淋洗剂,它的加入能迅速提高土壤有机质含量,并通过包裹土壤颗粒提高土壤的保水保湿能力。通过土壤淋洗前后对比可以发现,鼠李糖脂的加入能够在增加稀土元素流动性的同时,通过提高有机结合态稀土元素含量来促进稀土元素在土壤中的固化;有利于提高土壤环境的pH值改善土壤酸化程度;而铵态氮、有效磷、速效钾含量的变化也说明鼠李糖脂作为淋洗剂并不会加剧土壤养分流失。
【关键词】：鼠李糖脂 稀土元素 土壤淋洗 络合常数 生物表面活性剂
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53;X753
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 稀土资源概述10-12
• 1.1.1 稀土资源现状10
• 1.1.2 离子型稀土矿区开采及环境问题10-12
• 1.2 土壤污染及修复概述12-15
• 1.2.1 土壤污染现状及危害12-13
• 1.2.2 土壤污染治理研究进展13-15
• 1.2.3 土壤污染常用工程措施15
• 1.3 生物表面活性剂15-20
• 1.3.1 生物表面活性介绍15-16
• 1.3.2 生物表面活性分类16-18
• 1.3.3 生物表面活性剂应用研究进展18-19
• 1.3.4 生物表面活性剂在土壤修复中的研究19-20
• 1.4 本课题研究的主要内容及技术路线20-22
• 1.4.1 研究内容20-21
• 1.4.2 技术路线21-22
• 第二章 实验材料22-25
• 2.1 实验材料22-23
• 2.1.1 模拟土壤配置22-23
• 2.1.2 柱状动态淋洗装置23
• 2.2 实验原料及药剂23-24
• 2.3 实验所用仪器24-25
• 第三章 鼠李糖脂在土壤中的吸附行为25-37
• 3.1 引言25
• 3.2 实验与分析方法25-26
• 3.2.1 鼠李糖脂临界胶束浓度（CMC）测定25-26
• 3.2.2 鼠李糖脂浓度测定26
• 3.2.3 鼠李糖脂溶液的生物显微镜呈像26
• 3.2.4 鼠李糖脂在土壤中的吸附行为26
• 3.3 结果与讨论26-35
• 3.3.1 鼠李糖脂溶液的临界胶束浓度26-28
• 3.3.2 鼠李糖脂浓度曲线28
• 3.3.3 pH值对鼠李糖脂形态影响28-30
• 3.3.4 pH值对鼠李糖脂溶液Zeta电位影响30-31
• 3.3.5 鼠李糖脂在土壤胶团中的吸附31-32
• 3.3.6 吸附方程的选择32-33
• 3.3.7 pH值对鼠李糖脂在土壤中的吸附行为33-35
• 3.4 章节小结35-37
• 第四章 鼠李糖脂与稀土元素络合稳定常数测定37-46
• 4.1 引言37-38
• 4.2 实验与分析方法38
• 4.2.1 树脂预处理38
• 4.2.2 络合实验38
• 4.3 结果与讨论38-44
• 4.3.1 离子交换效果38-39
• 4.3.2 络合常数计算39-40
• 4.3.3 pH值影响40-42
• 4.3.4 (NH_4)_2SO_4及各离子对络合效果影响42-43
• 4.3.5 温度对络合效果影响43-44
• 4.4 章节小结44-46
• 第五章 鼠李糖脂对稀土元素La、Ce、Y、Eu的淋洗效果实验46-56
• 5.1 引言46
• 5.2 实验与分析方法46-47
• 5.3 结果与讨论47-54
• 5.3.1 鼠李糖脂浓度对淋洗效果影响47-48
• 5.3.2 鼠李糖脂对稀土元素淋洗效果分析48-50
• 5.3.3 稀土元素初始浓度对淋洗效果影响50-51
• 5.3.4 pH值对淋洗效果影响51-52
• 5.3.5 淋洗次数对淋洗效果的影响52-53
• 5.3.6 淋洗方式对淋洗效果的影响53-54
• 5.4 章节小结54-56
• 第六章 淋洗前后稀土元素及土壤颗粒变化56-66
• 6.1 引言56
• 6.2 实验与分析方法56-58
• 6.2.1 数据分析56-57
• 6.2.2 分析方法57-58
• 6.3 结果与讨论58-65
• 6.3.1 土壤中稀土形态变化58-60
• 6.3.2 土壤稳定性和流动性变化60-61
• 6.3.3 淋洗前后土壤p H值变化61-62
• 6.3.4 淋洗前后土壤阳离子交换量变化62-63
• 6.3.5 淋洗前后土壤铵态氮、有效磷、速效钾的变化63-64
• 6.3.6 淋洗后土壤颗粒SEM表征64-65
• 6.4 章节小结65-66
• 第七章 结论与展望66-69
• 7.1 结论66-68
• 7.2 展望68-69
• 参考文献69-76
• 致谢76-77
• 攻读学位期间的研究成果77-78

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