土壤质地对PAM的吸附影响及机理研究

发布时间：2020-05-20 22:56

【摘要】：随着科研技术的不断发展,PAM在土壤保持、节水灌溉、环境保护等领域应用广泛。目前,PAM的应用领域研究多集中在关注宏观、面尺度上提高土壤抗蚀能力和增加土壤对水分的入渗、保蓄能力的研究,而PAM与土壤颗粒的吸附机理的研究鲜有报道。对于生产实践过程中PAM与土壤颗粒的吸附过程是研究的重点内容,但是PAM与土壤颗粒的吸附影响因素有很多,例如,不同质地的土壤颗粒、PAM和土壤自身物理化学性质及反应所处的环境条件等因素,对于这些因素的影响以及吸附发生的机理内因没有一个广泛的定论。针对以上问题,本试验基于内蒙古地区不同质地的土壤特点(主要为土壤质地的粒径组成),以已往实验为基础,选取砂土、壤砂土、粉粘壤土三种质地的土壤样品为试验供土,结合室内定量分析实验,研究PAM在三种质地土壤中的吸附反应条件和吸附机理,确定三种质地土壤在最佳液固质量比,吸附平衡时间条件下的饱和吸附容量,继而得出不同质地土壤的吸附等温线。并基于SigmaPlot12.0拟合分析各质地土壤对PAM吸附机理,寻找符合各质地土壤等温吸附PAM的理论模型,为PAM在不同质地土壤上的吸附研究和有关领域中的合理利用提供理论依据和技术支持。通过探究不同质地土壤,以吸附动力学、吸附热力学等科学研究方法确定PAM在不同质地土壤上的吸附规律,了解PAM在土壤上的吸附行为和吸附机理,初步得出下列相关结论： 1.PAM在不同质地的土壤中,随着液固质量比,吸附平衡时间的增加,土壤颗粒随机接触PAM分子吸附的反应数量提升,致使吸附容量与这两个因素在一定范围内呈正比例,使吸附容量快速增加,但当土壤吸附容量达到吸附平衡时,土壤对PAM的吸附容量趋于稳定。实验得出,25℃温度下PAM在砂土、壤砂土及粉粘壤土中的最佳液固质量比分别是15：1、20：1和20：1,吸附平衡时间分别是8h、10h和12h；当实验环境温度为35℃时,PAM在砂土、壤砂土及粉粘壤土中的最佳液固比分别是20：1、25：1和25：1,吸附平衡时间分别是10h、12h和12h。 2.25℃温度下,PAM在砂土、壤砂土及粉粘壤土最佳液固质量比下达到吸附平衡时间的饱和吸附容量分别是1.400mg/g、5.181mg/g和6.833mg/g；35℃温度下,PAM在砂土、壤砂土及粉粘壤土最佳液固质量比下达到平衡时间的饱和吸附容量分别是1.256mg/g、2.144mg/g和1.478mg/g。即25℃温度下,PAM在这三种不同质地土壤中的饱和吸附容量表现为粉粘壤土＞壤砂土砂土；35℃温度下,PAM在这三种不同质地土壤中的饱和吸附容量表现出相对于正常的温度下饱和吸附容量大幅减小。 3.通过调节相关系数对比发现,Langmuir模型对于PAM在三种质地土壤上的吸附平衡等温线更有代表性和效果性,其调节相关系数都在0.91以上。三种质地土壤对PAM吸附的相对吸附容量变化区间为1.613和10.167之间。因此,选用Langmuir方程模型拟合PAM在土壤上的吸附作深入研究。 4.吸附动力学中双室一级动力学模型表现的吸附转折点前后的快吸附速率和慢吸附速率对于三种质地土壤吸附PAM的作用效果。吸附反应的前9个小时,砂土、壤砂土和粉粘壤土对于不同浓度PAM的吸附主要为快吸附速率影响吸附动力。砂土、壤砂土和粉粘壤土在吸附反应的前9个小时内,快吸附速率占土壤相对吸附总量百分比的60%以上。吸附反应的后7个小时,砂土、壤砂土和粉粘壤土对于不同浓度PAM的吸附主要为慢吸附速率影响吸附动力。砂土、壤砂土和粉粘壤土在吸附反应的后7个小时内,慢吸附速率占土壤相对吸附总量百分比的72%-95%之间。分析得出,快吸附速率和慢吸附速率在三种质地土壤上的吸附转折点前后时间段内分别成为吸附动力不同的主要成因。 5.将三种质地土壤作为吸附剂,测试不同温度条件下PAM的吸附行为特性。通过实验计算得出,吸附焓变△H为负值,说明三种质地土壤对PAM的吸附反应是一个放热过程,这与之前的假设相一致；由于三种质地土壤的对PAM吸附反应过程中,计算得出的吉布斯自由能改变量△G为负值,说明三种质地土壤对PAM的吸附反应是自发进行的,不需要酶促作用进行反应；当吸附环境温度从华氏温度298度升高到华氏温度308度,吸附吉布斯自由能的绝对值逐渐降低,阻碍着三种质地土壤对PAM的吸附反应,从而发生三种质地土壤对PAM的解吸反应,降低三种质地土壤对PAM吸附的相对吸附容量。吸附熵变AS为负值,说明三种质地土壤对PAM的作用反应情况,25℃温度下发生吸附反应,35℃温度下吸附熵绝对值变小,故发生的解吸反应。研究作用力与能量的关系可知三种质地土壤对PAM的吸附作用力主要是化学键力,而有可能同时存在着范德华力、偶极距力及氢键力等。
【图文】：

图3 HELOS-OASIS激光粒度分析仪Figure 3 HELOS-OASIS of laser particle size analyzer验数据分析验数据采用Microsoft Excel 2010和SigmaPlot 12.0数据分析软件进行作图
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S156.2

【参考文献】

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本文编号：2673328