皂角苷对土壤和矿物中Pb、Zn解吸的影响研究

发布时间：2020-02-10 01:04

【摘要】：为探讨表面电荷性质对重金属吸附解吸行为的影响,本文选取了两种土壤(红壤和黄褐土),经过添加和6个月陈化以模拟Pb、Zn污染,应用皂角苷进行解吸,并采用BCR连续提取法分析了皂角苷对模拟Pb、Zn污染土壤的解吸效果;同时以典型矿物(高岭石、蒙脱石、针铁矿)作为研究对象,通过系列平衡吸附实验,不同浓度、p H、震荡时间、解吸次数下皂角苷对重金属的解吸实验,结合Zeta电位及红外光谱(FTIR)等分析手段研究了Pb、Zn在矿物中吸附,和皂角苷对其解吸的影响。主要研究结果如下:用Langmuir方程对Pb、Zn在三种矿物中的等温吸附结果进行拟合,结果表明,在25℃、p H=5条件下蒙脱石、高岭石和针铁矿对Pb的最大吸附量分别为30.09、11.60、13.17 g/kg,对Zn的最大吸附量分别为20.01、5.17、9.82 g/kg。蒙脱石、高岭石吸附皂角苷后体系的Zeta电位升高,而针铁矿吸附皂角苷后体系Zeta电位降低。随着皂角苷浓度升高(0-20 g/L),其从土壤和三种矿物中解吸Pb和Zn的量均增大;皂角苷溶液p H越高(p H 3-7范围内),对Pb和Zn的解吸率越低;皂角苷解吸矿物中Pb和Zn的解吸动力学实验表明解吸反应在3 h内即可达到平衡。皂角苷对土壤中Zn的解吸率明显高于Pb的;红壤中Pb和Zn的解吸率均大于黄褐土的。相同条件下皂角苷对蒙脱石中Pb、Zn的解吸率相差不大,其对高岭石和针铁矿中Zn的解吸率大于Pb的,而对高岭石中Pb和Zn的解吸率均大于对蒙脱石和针铁矿的。对于三种矿物,皂角苷解吸3次后(皂角苷浓度为5 g/L,p H 3),高岭石、蒙脱石和针铁矿中Pb累积解吸率分别达到了73.12%、27.07%、53.22%,Zn的分别为52.11%、30.22%、27.01%。3次解吸后Pb的累积解吸率大于Zn的。采用BCR连续提取法评价了皂角苷对土壤中不同形态Pb、Zn的解吸。结果表明,单次解吸,红壤中解吸量最大的是酸溶态Pb和酸溶态Zn,可氧化态和残渣态Zn解吸量较低;黄褐土中可还原态Pb解吸量最大,且各形态的解吸量均显著低于红壤的。增加解吸次数,不同形态的Pb或Zn的解吸量显著上升,且第二次解吸比第三次解吸更重要。皂角苷与金属离子Pb和Zn作用的红外光谱分析结果表明,皂角苷的羧基基团与Pb发生了配位反应,而皂角苷与Zn未完全络合,这说明皂角苷与Zn的络合能力较Pb的弱。
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皂角苷

近年来很多学者尝试将其应用于重金属污染土壤的环境修复中。皂角苷的代表物如图 1 所示。图1-1 皂角苷代表物Fig. 1-1 Representatives of saponin皂角苷除了具有如降低溶液表面张力、润湿性、穿透性和乳化分散性等表面活性剂共同的性质之外，在环境介质中大量使用时还具有以下优点：①可生物降解，生物表面活性剂在环境介质中易被微生物利用和分解，不存在二次污染的问题；②无毒或低毒，未表现出生物毒性；③一般对生物群落的危害小；④来源广泛，多为天然农副产品（如油脂、蔗糖、氨基酸、葡萄糖等），甚至可以利用工业废料和农副产品加工的下脚料，可大大降低生产成本；⑤环境中容易降解，洗涤、乳化、发泡、分散能力强；⑥特殊条件下（如极端温度、pH 和高盐浓度等）也适用；⑦化学结构多样，可用于医疗等特殊领域（张天胜 2005；麦有斌等 2006；黄斌 2011）。1.3.3 粘土矿物的表面电荷性质对重金属吸附解吸的影响粘土矿物是土壤的重要组成部分，其结构特点是硅氧四面体片和铝氧八面体片

示意图,固相颗粒,重金属离子,解吸

的生物表面活性剂形成的单分子层结构在土壤固液界面上进行定向重排使得亲水基团朝外并以胶束的形式进入水溶液从而离开土壤颗粒表面，，达到去除目的。图1-2 表面活性剂从固相颗粒表面解吸重金属离子示意图 (Chen et al 2008)Fig. 1-2 Mechanism of surfactants in heavy metals desorption by surface of solid particle (Chen et al2008)1.4 课题的提出与研究目的国内外学者对皂角苷去除土壤中重金属已有初步的尝试和研究，但是土壤环境复杂，整个修复过程受各种因素的共同影响，如土壤类型、淋洗剂与重金属及土壤间的相互作用、淋洗剂的使用条件等。粘土矿物作为土壤重要组成部分，因不同元素组成及空间结构而具有不同的表面电荷性质，这会对重金属-皂角苷-矿物三者之间的相互作用产生重要影响。因此，本文从表面电荷差异的角度入手，探讨其对皂角苷去除土壤和矿物中重金属的影响，以对皂角苷去除重金属的机理进行深入研究。本文以亚热带地区典型土壤（红壤和黄褐土）及粘土矿物（高岭石、蒙脱石、
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S153.6

【参考文献】