不同粒级土壤中镉铅汞的吸附特性_王岚.pdf

2009年4月 April 2009 t， 矿测试 ROCK AND MINERAI. ANALYSJS Vol. 28 . No. 2 119 124 文章编号0254 -5357200902 -0119 -06 不同粒级土壤中镉铅汞的吸附特性 王 岚，王亚平 ，许春雪，李艳艳，安子怡，王 苏明 （国家地质实验测试中心，北京 100037） 摘要将3种不同质地 的土 壤样品分为3种不同的粒级自然状态、砂粒和粉黏粒，分别研究了这3种不 同土壤在3种不同粒级时对镉、铅、汞的吸附特点。结果表明，镉、铅在粉黏粒土壤中的吸附大于在自然土 壤和砂粒土壤中的吸附，而汞却表现出相反的结果，其在砂粒土壤中的吸附远远大于在粉黏粒土壤和自然 土壤中的吸附．，3种不同质地的土壤对镉、铅、汞的吸附与分粒级土壤的吸附表现出了相似的吸附特性。 同时，镉在3种不同土壤不同粒 级 中 的吸附符合Langmuir方程，铅在3种不同土壤不同粒级中的吸附符 合Henry方程，而汞在3种不同土壤不同粒 级 中 的吸附符合Freundlich方程。 关键词吸附土壤质地；土壤粒级；镉；铅；汞 中图分类号S151. 9306-331 文献标识码A Adsorption Characteristics of Cadmium, Lead and Mercury in Different Sized Soils WANC Lan, WANG Ya-ping , XU Ch.un-xue, LI Yan-yan, AN Zi-yi, WANG Su-ming National Research Center for Geoanalysis, Beijing 100037, China Abstract Three kinds of soil samples with different texture were sleved into nature fraction, sand-sized fraction and silt- and clay-sized fraction. Adsorption characteristics of these three different sized fractions of three differenl soils for Cd, Pb and Hg were studied. The results showed that adsorption capacity of Cd and Pb ly silL- and clay-sized fraction was higher than thal by iwo other fractions. However, adsorption capacity of Hg showed opposite result to Cd and Pb, which was far higher by sand fraction than that by nature and silt- and clay- fraction. And r.he adsorption for Ccl, Pb and Hg by three kinds of soils with three different sizes showed the similar characterist.ics. Furthermore, the Langmuir equation was proved to be the best. description for Cd adsorption by differenr soils, the Henry equation was suitable for the description of Pb adsorption by different soils and the Freundlich equation could better fit the experimental data of Hg adsorption by three different soils. Key words adsorption; soil texture; sizecl soil; cadmium; lead; mercury 重金属元素通过工业排放和一系列的农业处理 如施肥、污灌和堆肥等进入耕种土壤中，它们在耕种 土壤中的累积可导致土壤的退化和生产力 的降 低。吸附是重金属元素在土壤中最基本的过程之 一 ，是重金属元素具有一定的自净能力和环境容量 的根本原因 心 ；土壤对重金属的吸附依赖于土壤的 类型、物理和化学性质，如土壤的矿物特性、土壤的 粉碎度、有机组成、土壤溶液的组成和酸碱度 pH， 也与重金属离子本身的特性，外加阴、阳离子，人工 有机和无机络合剂有关；各种不同的因素如pH 、有 收稿日期2008-06-16；修订日期2008 -08 -13 基金项目中国地质调查局专项长江流域区域生态地球化学评价项目资助 G7TR20060201 作者简介王岚（1977-），女，甘 ‘肃天水人 ，在读博上研究生，环境地球化学专\№。Fl-mail wanglan437 163 通讯作者王皿平（1956-），男，山西定襄人，研究员，从事环境地球化学和分析测试工作。 E-mail wangyaping cags. net. cn,、 ChaoXing 第2期 岩矿测试 http∥www. \rkCH.a 、..n 机质等对重金属元素在土壤巾吸附性能的影响已有 相关的报道 3 。7I ，而土壤的不同粉碎度刈 ‘土壤吸附 性能的影响却未见专门报道。 卜 壤的粉碎度对重金 属在土壤中吸附的影响主要在于如果土壤样品研磨 太细，容易破坏土壤矿物晶体，矿物品粒遭破坏后 ， 暴露出新的表面，使土壤颗粒的总表而积增大，岳 l而 就会改变土壤对金属离子的吸附眭能。 本文选择具有代表性和普遍性的霞金属元素 Cd 、Pb和Hg进行吸附特性研究。选取山西省的3 种典型土壤，按照土壤 自身的不同性质，将土壤样 品分为 自然状态、砂粒和粉黏粒3种不同的粒级， 分别研究Cd、Pb和Hg在这3种不同粒级土壤巾 的吸附行为，为该地区Cd、Pb和Hg的污染治理提 供理论依据。 1 材料和实验方法 1.1 供试土壤 土壤样品分别采集于山西省大同、太原、临汾 3个地区 ，取样深度为0 20 crn ，代表西省的3 种典型土壤。西大同采样点的土壤类型为栗褐 土，土壤中重金属含量偏高主要是由于自然原因造 成的；太原采样点的土壤类型为潮土，土壤受废水 污染，污灌时间约为20年；临汾采样点的土壤类型 为褐十，由于采样点位丁 煤焦冶炼J- 业区附近，七 壤的污染类型以大气沉降为主。 3个地区土壤的 基本性质见表1和表2。 样品加工土壤风十后，用橡皮锤粉碎，过 2 mm 上筛，混合均匀，然后将土样进一步过0.05 mrn筛 ，通过0.05 mm 筛的为粉黏粒，在20.05 mm 的为砂粒。 表1 J西3个地『 ） （1壤的牿本坶化性质 .j Table l 13asic physical-c-hemiral properties ofmiIH fln ihrw areas of Shanxi province ┏━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━┓ ┃ ┃ 蝌I{／（ lgg ┃ 一1） ┃ ┃ C F.U ┃ pH ┃ ┃ 土样 ┃ ┃ ┃ TOC／ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣━━━━━━━━━━━╋━━━━━┫ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ Hg Cd ┃ Ph ┃ ┃ mmol.kg- ┃ ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━┳━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 人『刊自然态 ┃ ．241 ┃ O．410 ┃ 40. 09 ┃ 0. 62 ┃ 147 ┃ 8 38 ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 大同砂粒 ┃ 0.333 ┃ 0. 289 ┃ 33. 30 ┃ ┃ ┃ ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 火同粉黏牲 ┃ 101 ┃ 0 536 ┃ 48 24 ┃ ┃ ┃ ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 太原白 然态 ┃ 0 132 ┃ 0. 53 ┃ 20. 02 ┃ 1. 87 ┃ 223 ┃ 7 84 ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 太原砂粒 ┃ 0. 333 ┃ 0. 407 ┃ 23.03 ┃ ┃ ┃ ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 太原粉黏粒 ┃ 0 087 ┃ 0 573 ┃ 19 26 ┃ ┃ ┃ ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━┫ ┃ l怖汾闩然态 ┃ 0.160 ┃ 0. 819 ┃ 22. 13 ┃ I．39 ┃ 】 93 ┃ 8．OI ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 临汾砂粒 ┃ 0 264 ┃ 0. 688 ┃ 18. 54 ┃ ┃ ┃ ┃ ┣━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 临汾粉黏粒 ┃ 0.119 ┃ 0. 858 ┃ 22. 73 ┃ ┃ ┃ ┃ ┗━━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━━━━┻━━━━┛ ①TOC为总有机碳，CF.C为阳离子交换量， “ 一 ” 表爪 - 120 - 表2陌3个地I） （典型{二壤的粒级配分 Table 2 Par【icle size clislribucion of t}1Ief kinds llf typical Hoil from chrer areas of Shanxi province ┏━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━━━┳━━━━━━┓ ┃ ┃ 砂粒/rnm ┃ 粉粒/mm ┃ 黏粒/mm ┃ ┃ 七样 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 2～0 05 ┃ 0. 05～0.002 ┃ 白然土壤砂粒土壤。 2.1.3 汞在不同粒级和不同土壤中的吸附特点 图3（中间插图为原图放大100倍）表示Hg在 3种不同粒级的土壤样品巾的等温吸附曲线。从图 3可以看出，当Co为0时 ，土壤中原有的Hg也发生 了解吸过程。在Hg实验浓度1 ～100 mg/L内，3种 自然土壤对Hg的吸附率均达到95以上。 - 121 - ChaoXing 第2期 岩矿测试 http∥www. Vkc-s. ar..n 2009年 砂粒十样对Hg的吸附曲线与 自然土样和粉 黏粒土样相比，3个地区 土壤的吸附曲 线几 乎为一 垂直于平衡浓度轴的直线；与 自然状态土壤和粉黏 粒土壤相比，在相同浓度水平F，砂粒土壤的吸附 鼍反而增大，在加入Hg2溶液浓度在o 300 mg/I. 内，3种砂粒土壤对Hg的吸附率均达到99 以 E，粉黏粒土壤和自然态土壤明显小于砂粒土壤对 Hg的吸附。 2.1.4 不同质地十壤对镉铅汞吸附的影响 3个不同土壤的粒级配分见表2 ，大同土壤为 沙壤土，太原土壤为粉壤土，临汾土壤为粉土，，从 CI、Pb 、Hg的吸附图来看，相同质量的上壤在州I刊 浓度水平下，大同沙壤土在自然状态和砂粒状态中 的吸附性能与太原土壤和临汾土壤相比 ，吸附平衡 时土壤吸附量数值较小，而平衡溶液的浓度较大， 说明大同土壤在这两种粒级中的吸附性能小于太 原土壤和临汾土壤 ，这 1』 配分粒级土样表现的件能 相似；但在粉黏粒土壤 中却小明显，尤其对Pb和 Hg的吸附，表现出相反的结果。这 说明除了土壤 粒级组成外，还uJ ’ 能有其他因素影响土壤对Pb和 Hg在粉黏粒七壤巾的吸附。 一般认为 ，十壤巾C{l等微砖元素的含量随土 壤黏粒含量增加而增加，这是由于黏粒可以富集微 量元素并阻止它们的淋失 110。11 。 ，本研究在对重金 属Cd币 Pb的吸附上也验证了这一点。 在Pb的吸附研究 中，当Pbl浓度在0 300 mg/L时，3种不同粒级的3种土壤对 Pb 的吸附能 力都很强，吸附率均达到了99，说明无论是 自然 土壤，还是砂粒十壤和粉黏粒土壤对Pb的吸附能 力都很强。洪奋来等0 12 对荣同土壤的吸附研究表 明，当添加Pb2浓度 Hg Cd 。 ， 2 Cd和Pb在粉黏粒土壤中的lJ及附大于自 然土壤和砂粒土壤 ，而Hg却表现出相反的结果， 其在砂粒上壤中的吸附明硅大于在门然土壤和粉 黏粒土壤中的吸附。这可能是由于配分粒级土壤 中矿物的不同及其Hg在砂粒土壤 巾的挥发比在 粉黏粒土壤和白然土壤中的挥发更大造成的。 34 种吸附模式拟合3种土壤在3种不同 - 123 - ChaoXing 第2期 岩矿测 试 hlip∥www. ykcs. ac. 【 -n 2009年 ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃ 粒级中的吸附，结果发现，Cd在3种不同土壤不同 ┃ ┃ 吸行为研究进展[Jl.生态环境，2005，141102 - 107 ． ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ 粒级中的吸附符合Langmuir 方程，Pb在3种不同 ┃ [6] ┃ 张磊，宋风斌，土壤吸附重金属的影响因素研究现状 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ 土壤不同粒级中的吸附符合Henry方程，而Hg在 ┃ ┃ 及展望[J] ．土壤通报 ，2005,364 628 -631. ┃ ┃ 3种不 同土壤不同粒级中的吸附符合Freundlich ┃ [7] ┃ Elrashidi M A.OConnor G A. Influenc.e of solution ┃ ┃ ┃ ┃ compositicm on sorption of zinc hv soils [Jl. Soil Scien.ce ┃ ┃ 方程。 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ Society可 ’America loumal, 1982, 46 1153-1158. ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ ┃ [8] ┃ 杨华峰．北京地区污水灌溉农田若干特征研究[ Dl. ┃ ┃ 4 参考文献 ┃ ┃ 北京中国农业大学，200519 - 28 ． ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ [1] Arias M, Pere7.-Novo C, Osorio F, Lopez F., Soto B. ┃ [9] ┃ 鲁如坤 ．上壤农业化学分析方法[Ml.北京中国农 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ Adsorption and desorption of copper and zinc in the ┃ ┃ 业科学技术出版社，2000296 - 336 ． ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ surface layer of acid soils[ 1]. Journal of Colloid and ┃ [ iol ┃ 李永华，杨林生，李海蓉，湘黔汞矿区上壤汞的化学 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ Interface Science,2005 ,288 21 - 29. ┃ ┃ 形态及污染特征[J]．环境科学，2007，283654 - ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ [2] 李学垣 ，土壤化学[M]．北京高等教育出版社， ┃ ┃ 658． ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ 2001 167 - 212. ┃ [ Il] ┃ 许春雪，潘小菲一E亚平，王迪民 ．北京城近郊区上 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ [3 ] Cuo Shuhai, Li Yu, Liu Liang, Hua Xiuyi. Adsorption of ┃ ┃ 壤对镉 的吸附特征研究[J]．岩矿测试 ，2005，24 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ Pb and Cd on the natural surface coatings NSCs in the ┃ ┃ 3 161 - 166. ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ presence of organochlorine pesticides A preliminary ┃ [ 12] ┃ 洪春来，贾彦博，杨 肖娥，魏幼璋．菜园土壤对铅的 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ investigalion[Jl. Jou.rnal of Environmental ManagemmU, ┃ ┃ 吸附与解吸特性研究[J] ．中国农学通报，2006 ，22 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ 2008 , 88 147 - 153. ┃ ┃ 9 412 -414. ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ [4] Li Decheng, Huang Shengbiao, Wang Wenhua, Peng ┃ [13] ┃ 姚爱军，青长乐，牟树森．土壤矿物对汞的吸持特性研 ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ An. Study on che kinetics of cerium m adsorption- ┃ ┃ 究[J] ．il-国生态农业学报，2004 ，124129 - 131 ． ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ desorption on different soil of China[ I ] . Chemosph.ere, ┃ [ 14] ┃ 邹邦基 ．上壤一植物体系中的汞[J]．环境科学丛刊， ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ 2001,44 663 - 669. ┃ ┃ J984,511 65 -70. ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ┃ [5] 杨金燕，杨肖娥，何振立，杨金英．土壤中铅的吸附 一解 ┃ ┃ ┃ ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ “ 第四届全国实验室管理科学研 讨会 ” 征文通知 由中国分析测试防会主办、分析试验室编辑部承 办的 “ 第四届全国实验室管理科学研讨会 ” 定于2009年 7月在甘肃省兰州市召开。 会议内容包括实验室管理科学、实验室认汪认可、 实验室比对、实验室信息管理系统I。IMS、实验室仪器没 备运行及考核、实验室技术人员培训等方面的学术研讨。 会} 义将邀请有关专家做大会报告，欢迎全国各行业的实 验室管理人员及实验室科研工作人员参加。 会议征文请于2009年5月31 日前通过邮局邮寄、电 子邮件发送到会议筹备组（3日内收到筹备组的凹复邮件 方为发送成功），并请注明联系人、详细通信地址、联系电 话、传真号码及E - mail地址 。征文经专家审稿后部分录 - 124 - 用征文可在 分析试验室期刊上正式发表。 欲参加会议的各界人士，也请于2009年5月31日前 与会议筹备组联系，以便继续为您寄发 卜 ． 一轮通知 。 ， 筹备组地址北京新街口外大街2号（邮编100088） 分析试验室编辑部实验室管理会议筹备组 电话010 - 82241919 ，82013328 传真010 - 82013328 E - mail ana - info 263. net 联系人孙臣良 田春霞 中国分析测试协会 ChaoXing