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

(大連民族學院環境與資源學院學生，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

(大連民族學院環境與資源學院學生，遼寧大連 116605)

重金屬在土壤環境中的累積對生態系統和食物鏈的危害已經廣受關注。銅是土壤重金屬污染危害較大的污染物之一。當土壤中銅濃度超過一定濃度后會降低農作物產量，改變土壤微生物區系，加速銅在生物體內的累積。目前，國內外廣泛開展銅在環境中的遷移、轉化、生物有效性和修復等行為研究［1］，而土壤對銅的吸附是影響銅的環境行為的關鍵過程。本文主要探討溫度對土壤吸附銅的影響，估算熱力學參數，為銅在土壤中的遷移和歸趨提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試土壤取自大連民族學院校園土，自然風干磨碎，過100目篩，備用。基本理化性質見表1。

表1 供試土壤的基本理化性質

1.2 儀器及試劑

低速臺式離心機、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、鹽酸等化學試劑均為分析純。

1.3 方法

以0.01mol·L－1CaCl2為電解質，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溶液調節pH值，使每個濃度的pH值均為5。準確稱取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，加塞密封。每個濃度做2個重復，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。分析其原因，主要是當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部遷移，釋放土壤表面吸附位，吸附能力逐漸增強。用Freundlich和Langmuir模型對供試土壤吸附銅的規律進行擬合，其結果(見表2)，Freundlich擬合的相關系數都大于 0.955～0.981，Langmuir模型擬合的相關系數在 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。

表2 兩種吸附方程對吸附銅的擬合結果

在吸附過程中，根據熱力學參數方程［3］可求算出吸附過程的熱力學參數:

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

根據上述公式可計算出吉布斯函數變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°為負值，說明吸附過程是自發行為，且隨著溫度的升高，ΔG°的絕對值增大，自發進行的程度加快。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 結論

(1)隨著溫度的升高，供試土壤對銅的吸附能力逐漸增強。

(2)供試土壤對銅離子的吸附過程是自發的吸熱過程。

(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］.土壤學報，2007，44(1):85 －89.

［3］鄒衛華，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］.應用化學，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的熱力學與動力學研究［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

大連民族學院太陽鳥計劃資助項目(2010042)。

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

(責任編輯 鄒永紅)