黑钙土胡敏素结构特征及对Cu 2+ 吸附热力学研究
发布时间：2021-06-14 21:52
土壤腐殖物质在金属离子的累积、迁移和转化过程中起着重要作用,目前关于土壤胡敏酸（HA）与金属离子相互作用关系的研究较多,而胡敏素（HU）的报道则很少。以黑钙土为供试土壤,在对HU进行结构表征的基础上,应用批量平衡法研究了两者对Cu2+的吸附热力学特性,并与HA进行了比较。结果表明:与HA相比,HU的腐殖化程度、脂族化程度和疏水化程度较高而氧化程度较低; HU和HA对Cu2+的吸附量随Cu2+浓度和反应温度的增加而增加,但HU对Cu2+的吸附量低于HA;吸附等温数据能用Langmuir和Freundlich方程很好地拟合,而以Freundlich方程的拟合程度更好,HU和HA对Cu2+的最大吸附量分别在250. 0～285. 7 mg/g和212. 8～238. 1 mg/g; Cu2+在HU和HA表面上的吸附是自发的、吸热的和无序度增加的过程;对于Cu2+而言,HA和HU均具有能量不均一的吸附表面,同时HU的表面能量不均一性程度高于H...
【文章来源】：吉林农业大学学报. 2019,41(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
土壤HA和HU的13CCPMASNMＲ波谱
2+具有更大的吸附能力。通过Freundli-ch方程拟合得到的n值均＞1，说明2种腐殖物质组分对Cu2+的吸附是有利的和不均一的［31］，其中HA对Cu2+的吸附是更有利和更不均一的，这也解释了HA对Cu2+具有更高吸附的原因。通常认为，腐殖物质对Cu2+的吸附与其结构中的羧基和酚羟基含量密切相关，HA分子中更高的羧基和酚羟基含量(表2)使得其对Cu2+具有更强的吸附能力。另外，从表3中也可以看到，Langmuir和Freundlich等温线参数均随温度的增加而增加，这与温度升高促进Cu2+吸附的结果是一致的。图2土壤HA和HU对Cu2+的吸附等温线Fig．2．AdsorptionisothermsofsoilHAandHUto-wardsCu2+ions表3土壤HA和HU吸附Cu2+的Langmuir和Freundlich等温线参数Table3．LangmuirandFreundlichisothermparametersforadsorptionofCu2+bysoilHAandHU样品θ/KLangmuir参数qmk1Ｒ2Freundlich参数nk2Ｒ2298250.00.0400.9571.58115.610.998HA318263.20.0410.9571.59416.770.998338285.70.0430.9221.60219.100.998298212.80.0280.9251.54810.180.996HU318227.30.0300.9131.57911.760.997338238.10.0320.9151.58513.050.997注:qm为最大吸附量(mg/g)，k1为Langmuir常数(L/mg)，n为Freundlich常数(无量纲)，k2为Freundlich常数，Ｒ2为可决系数2.3吸附热力学参数根据lnKd－1/T线性图(图3)，可以得到HA和HU对Cu2+吸附的热力学参数(表4)。由表4可知，在初始Cu2+浓度(10～80mg/L)范围内，HA的ΔGo、ΔHo和ΔSo值分别为－26.6～－20.4kJ/mol、5.27～5.88kJ/mol和86.3～96.1J/(mol·K)，HU的ΔGo、ΔHo和ΔSo值分别为－25.4～－19.5kJ
吉林农业大学学报2019年10月JournalofJilinAgriculturalUniversity2019，October图3土壤HA和HU吸附Cu2+的lnkd－1/T线性关系Fig．3．lnkd－1/TlineargraphsforadsorptionofCu2+bysoilHAandHU表4土壤HA和HU吸附Cu2+的热力学参数Table4．ThermodynamicparametersofadsorptionofCu2+bysoilHAandHU样品ΔCo/(mg·L－1)ΔHo/(kJ·mol－1)ΔSo/(J·mol－1·K－1)ΔGo/(kJ·mol－1)298K318K338K105.8896.1－22.8－24.7－26.6204.3689.2－22.2－24.0－25.8HA404.0684.9－21.2－22.9－24.6605.5787.9－20.6－22.4－24.2805.2786.3－20.4－22.2－23.9107.2796.8－21.6－23.5－25.4203.0780.7－21.0－22.6－24.2HU404.8883.5－20.0－21.7－23.3605.3483.9－19.7－21.3－23.0804.6681.0－19.5－21.1－22.72.4吸附等比容热(ΔHx)从HA和HU对Cu2+吸附的lnCe－1/T的关系图(图4)中可以看到，lnCe和1/T具有良好的线性相关，Ｒ2值均＞0.959。根据lnCe－1/T线性图可以得到相应的ΔHx值(表5)，其中HA的ΔHx值为288.6～315.2kJ/mol，HU的ΔHx值为332.8～412.8kJ/mol。一般认为，物理吸附的ΔHx值＜80kJ/mol，而化学吸附的ΔHx值在80～400kJ/mol［34］。因此本研究结果可知，HA和HU对Cu2+的吸附是以化学吸附(包括离子交换反应)为主。另一方面，从ΔHx值与Cu2+表面吸附的关系(图5)来看，ΔHx值随着Cu2+表面吸附量(即qe)的增加而增加，指出HA和HU都具有能量不均一的表面。通常认为，ΔHx值随Cu2+表面吸附量而增加，主要是由于吸附质－吸附质以及吸附质－吸附剂之间存在的复
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法优化胡敏素对Cu2+的吸附及机理研究[J]. 王雅辉,吕文英,邹雪刚,舒冉君,黄军磊,姚琨,刘国光. 环境科学学报. 2017(02)
[2]腐殖质吸附重金属钼(MoO42-)的性能研究[J]. 于常武,高超,王琳. 环境工程. 2015(06)
[3]土壤胡敏素研究进展[J]. 张晋京,窦森. 生态学报. 2008(03)
[4]胡敏素在水溶液中吸附镍[J]. 刘峙嵘,周利民,韦鹏,比特,尼克. 石油化工高等学校学报. 2007(02)
[5]Extraction and Characterization of Humic Acids and Humin Fractions from a Black Soil of China[J]. XING Bao-Shan, LIU Ju-Dong, LIU Xiao-Bing and HAN Xiao-ZengNortheast Institute of Geography and Agro-ecology, Chinese Academy of Sciences, Harbin 150040 (China). Department of Plant, Soil and Insect Sciences, University of Massachusetts, MA 01003 (USA). Pedosphere. 2005(01)
本文编号：3230277
【文章来源】：吉林农业大学学报. 2019,41(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
土壤HA和HU的13CCPMASNMＲ波谱
2+具有更大的吸附能力。通过Freundli-ch方程拟合得到的n值均＞1，说明2种腐殖物质组分对Cu2+的吸附是有利的和不均一的［31］，其中HA对Cu2+的吸附是更有利和更不均一的，这也解释了HA对Cu2+具有更高吸附的原因。通常认为，腐殖物质对Cu2+的吸附与其结构中的羧基和酚羟基含量密切相关，HA分子中更高的羧基和酚羟基含量(表2)使得其对Cu2+具有更强的吸附能力。另外，从表3中也可以看到，Langmuir和Freundlich等温线参数均随温度的增加而增加，这与温度升高促进Cu2+吸附的结果是一致的。图2土壤HA和HU对Cu2+的吸附等温线Fig．2．AdsorptionisothermsofsoilHAandHUto-wardsCu2+ions表3土壤HA和HU吸附Cu2+的Langmuir和Freundlich等温线参数Table3．LangmuirandFreundlichisothermparametersforadsorptionofCu2+bysoilHAandHU样品θ/KLangmuir参数qmk1Ｒ2Freundlich参数nk2Ｒ2298250.00.0400.9571.58115.610.998HA318263.20.0410.9571.59416.770.998338285.70.0430.9221.60219.100.998298212.80.0280.9251.54810.180.996HU318227.30.0300.9131.57911.760.997338238.10.0320.9151.58513.050.997注:qm为最大吸附量(mg/g)，k1为Langmuir常数(L/mg)，n为Freundlich常数(无量纲)，k2为Freundlich常数，Ｒ2为可决系数2.3吸附热力学参数根据lnKd－1/T线性图(图3)，可以得到HA和HU对Cu2+吸附的热力学参数(表4)。由表4可知，在初始Cu2+浓度(10～80mg/L)范围内，HA的ΔGo、ΔHo和ΔSo值分别为－26.6～－20.4kJ/mol、5.27～5.88kJ/mol和86.3～96.1J/(mol·K)，HU的ΔGo、ΔHo和ΔSo值分别为－25.4～－19.5kJ
吉林农业大学学报2019年10月JournalofJilinAgriculturalUniversity2019，October图3土壤HA和HU吸附Cu2+的lnkd－1/T线性关系Fig．3．lnkd－1/TlineargraphsforadsorptionofCu2+bysoilHAandHU表4土壤HA和HU吸附Cu2+的热力学参数Table4．ThermodynamicparametersofadsorptionofCu2+bysoilHAandHU样品ΔCo/(mg·L－1)ΔHo/(kJ·mol－1)ΔSo/(J·mol－1·K－1)ΔGo/(kJ·mol－1)298K318K338K105.8896.1－22.8－24.7－26.6204.3689.2－22.2－24.0－25.8HA404.0684.9－21.2－22.9－24.6605.5787.9－20.6－22.4－24.2805.2786.3－20.4－22.2－23.9107.2796.8－21.6－23.5－25.4203.0780.7－21.0－22.6－24.2HU404.8883.5－20.0－21.7－23.3605.3483.9－19.7－21.3－23.0804.6681.0－19.5－21.1－22.72.4吸附等比容热(ΔHx)从HA和HU对Cu2+吸附的lnCe－1/T的关系图(图4)中可以看到，lnCe和1/T具有良好的线性相关，Ｒ2值均＞0.959。根据lnCe－1/T线性图可以得到相应的ΔHx值(表5)，其中HA的ΔHx值为288.6～315.2kJ/mol，HU的ΔHx值为332.8～412.8kJ/mol。一般认为，物理吸附的ΔHx值＜80kJ/mol，而化学吸附的ΔHx值在80～400kJ/mol［34］。因此本研究结果可知，HA和HU对Cu2+的吸附是以化学吸附(包括离子交换反应)为主。另一方面，从ΔHx值与Cu2+表面吸附的关系(图5)来看，ΔHx值随着Cu2+表面吸附量(即qe)的增加而增加，指出HA和HU都具有能量不均一的表面。通常认为，ΔHx值随Cu2+表面吸附量而增加，主要是由于吸附质－吸附质以及吸附质－吸附剂之间存在的复
【参考文献】：
期刊论文
[1]响应面法优化胡敏素对Cu2+的吸附及机理研究[J]. 王雅辉,吕文英,邹雪刚,舒冉君,黄军磊,姚琨,刘国光. 环境科学学报. 2017(02)
[2]腐殖质吸附重金属钼(MoO42-)的性能研究[J]. 于常武,高超,王琳. 环境工程. 2015(06)
[3]土壤胡敏素研究进展[J]. 张晋京,窦森. 生态学报. 2008(03)
[4]胡敏素在水溶液中吸附镍[J]. 刘峙嵘,周利民,韦鹏,比特,尼克. 石油化工高等学校学报. 2007(02)
[5]Extraction and Characterization of Humic Acids and Humin Fractions from a Black Soil of China[J]. XING Bao-Shan, LIU Ju-Dong, LIU Xiao-Bing and HAN Xiao-ZengNortheast Institute of Geography and Agro-ecology, Chinese Academy of Sciences, Harbin 150040 (China). Department of Plant, Soil and Insect Sciences, University of Massachusetts, MA 01003 (USA). Pedosphere. 2005(01)
本文编号：3230277
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