杜佳鑫，白英花，任曉莉，廉 玲，張曉園

(大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院學(xué)生，遼寧大連 116605)

溫度對土壤吸附銅的影響

杜佳鑫，白英花，任曉莉，廉 玲，張曉園

(大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院學(xué)生，遼寧大連 116605)

重金屬在土壤環(huán)境中的累積對生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈的危害已經(jīng)廣受關(guān)注。銅是土壤重金屬污染危害較大的污染物之一。當(dāng)土壤中銅濃度超過一定濃度后會降低農(nóng)作物產(chǎn)量，改變土壤微生物區(qū)系，加速銅在生物體內(nèi)的累積。目前，國內(nèi)外廣泛開展銅在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化、生物有效性和修復(fù)等行為研究［1］，而土壤對銅的吸附是影響銅的環(huán)境行為的關(guān)鍵過程。本文主要探討溫度對土壤吸附銅的影響，估算熱力學(xué)參數(shù)，為銅在土壤中的遷移和歸趨提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤取自大連民族學(xué)院校園土，自然風(fēng)干磨碎，過100目篩，備用?；纠砘再|(zhì)見表1。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 儀器及試劑

低速臺式離心機(jī)、酸度計、氣浴恒溫振蕩器、火焰原子吸收分光光度計;氯化鉛、氯化鈣、氫氧化鈉、鹽酸等化學(xué)試劑均為分析純。

1.3 方法

以0.01mol·L－1CaCl2為電解質(zhì)，配制濃度梯度為 210，420，630，840，960，1050，1260，1470 μmol·L－1的CuCl2溶液。通過加入HCl或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值，使每個濃度的pH值均為5。準(zhǔn)確稱取0.35 g棕壤，分別加入14 mL不同濃度的重金屬Cu溶液于聚四氟乙烯的離心管內(nèi)，加塞密封。每個濃度做2個重復(fù)，在恒溫振蕩器中，分別在溫度為10℃，25℃，35℃震蕩24 h平衡，混合溶液離心分離15 min，取上清液用火焰原子吸收分光光度法測定銅濃度，差減法計算吸附量。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤在不同溫度下的吸附等溫線(如圖1)

圖1 溫度對土壤吸附銅的影響

由圖1可知，隨著溫度的升高，土壤對銅離子的吸附能力逐漸增強(qiáng)。分析其原因，主要是當(dāng)銅離子初始濃度較低時，土壤表面有大量吸附位，吸附量隨濃度增長很快，曲線較陡，隨著銅離子的濃度增大，土壤表面的吸附位逐漸被占滿，吸附曲線增勢減緩，最后逐漸達(dá)到吸附平衡。此外，隨著溫度升高，加快了土壤表面吸附的銅向其內(nèi)部遷移，釋放土壤表面吸附位，吸附能力逐漸增強(qiáng)。用Freundlich和Langmuir模型對供試土壤吸附銅的規(guī)律進(jìn)行擬合，其結(jié)果(見表2)，F(xiàn)reundlich擬合的相關(guān)系數(shù)都大于 0.955～0.981，Langmuir模型擬合的相關(guān)系數(shù)在 0.711～0.741之間，土壤對銅離子的吸附較好的符合Freundlich模型。隨著溫度的升高，其KF值逐漸增大，n值逐漸減小，說明土壤對銅的吸附能力逐漸增強(qiáng)。

表2 兩種吸附方程對吸附銅的擬合結(jié)果

在吸附過程中，根據(jù)熱力學(xué)參數(shù)方程［3］可求算出吸附過程的熱力學(xué)參數(shù):

式中，KD(L·mol－1)為吸附分配系數(shù)，△G°為吉普斯自由能能變，△H°為焓變，△S°為熵變。

根據(jù)上述公式可計算出吉布斯函數(shù)變ΔG283°、ΔG298°和 ΔG308°分 別 為 － 7.43，－8.33，－8.67 kJ·mol－1，焓變 ΔH°為 6.040 kJ·mol－1，熵變 ΔS°為 48.04 J·mol－1。土壤對銅離子吸附過程的ΔG°為負(fù)值，說明吸附過程是自發(fā)行為，且隨著溫度的升高，ΔG°的絕對值增大，自發(fā)進(jìn)行的程度加快。焓變ΔH°＞0，說明該吸附過程是吸熱過程［4］。ΔS°＞0，說明土壤表面吸附銅離子后有序性減弱。

3 結(jié)論

(1)隨著溫度的升高，供試土壤對銅的吸附能力逐漸增強(qiáng)。

(2)供試土壤對銅離子的吸附過程是自發(fā)的吸熱過程。

(3)供試土壤的焓變 ΔH°為 6.040 kJ·mol－1，熵變 ΔS°為 48.04 J·mol－1。

［1］ BOUDESOCQUE S，GUILLON E，APLINCOURT M.Marceau E.Sorption of Cu(II)onto vineyard soils:Macroscopic and spectroscopic investigations［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2007，307:40 －49.

［2］王濤，劉廷鳳，何忠，等.砂壤中銅的吸附行為及影響因素研究［J］.土壤學(xué)報，2007，44(1):85 －89.

［3］鄒衛(wèi)華，陳宗璋，韓潤，等.錳氧化物/石英沙對銅和鉛離子的吸附研究［J］.應(yīng)用化學(xué)，2005，25(6):779 －784.

［4］任建敏，張永民，吳四維，等.鈉基膨潤吸附亞甲基藍(lán)的熱力學(xué)與動力學(xué)研究［J］.離子交換與吸附，2010，26(2):179－186.

O647.3

A

1009－315X(2011)05－0536－02

2010－08－16;最后

2011－07－14

大連民族學(xué)院太陽鳥計劃資助項目(2010042)。

指導(dǎo)教師:張鳳杰(1973－)，女，遼寧本溪人，講師，博士研究生，主要從事環(huán)境污染化學(xué)研究。

(責(zé)任編輯 鄒永紅)