铅镉在玄武岩黄壤中的吸附行为及表面络合模型研究

【目的】为探究贵州黄壤对污染毒性较强的铅(Pb)和镉(Cd)元素的吸附特征及吸附机制,针对性地为农业土壤重金属Pb、Cd污染防治提供理论依据。【方法】以贵州省不同位点玄武岩母质黄壤为研究对象,根据1-site/2-p Ka广义复合表面络合模型(SCM)理论的相关公式,结合黄壤理化性质测定实验、电位滴定实验和Pb、Cd的吸附边实验,获得黄壤表面酸碱性质参数即模型参数,然后利用1-site/2-p Ka SCM模拟黄壤表面3种活性位点形态分布情况以及不同pH下的Pb、Cd吸附行为,探讨黄壤对Pb、Cd的吸附特征及吸附机理,进行相关性分析,解析影响黄壤对Pb、Cd吸附的因素。【结果】根据SCM理论相关公式,计算获得4个黄壤样品的电荷零点pHpzc,SCM分别为5.040、5.549、7.984、4.297,表面位点浓度(Hs)分别为0.137,0.183,0.181,0.308 mol/kg,表面位点密度(Ds)分别为4.519,2.571,2.122,3.664 sit/nm^(2);通过SCM模拟了不同pH条件下黄壤表面≡SOH2+、≡SOH、≡SO-形态的变化,并初步解释了Pb、Cd在黄壤表面的吸附机理,同时拟合了不同pH下Pb、Cd在黄壤表面的吸附行为(相关系数R≥0.96),说明SCM适用于描述黄壤表面Pb、Cd的吸附特征。吸附边实验表明Pb、Cd初始浓度以及土壤环境的pH均会影响Pb、Cd在黄壤表面的吸附行为,且Pb、Cd在黄壤表面的吸附存在差异;黄壤对Pb的吸附能力大于Cd,不仅源于Pb具有更小的水合离子半径和更大的水解常数,且由SCM计算络合平衡常数lg KSOPb大于lg KSOCd,表明Pb在黄壤表面形成的络合物比黄壤Cd的络合物稳定。相关性分析表明黄壤Hs主要受铁铝氧化物和有机质的影响,pH对黄壤pHpzc及lg KSOCd、lg KSOPb有重要影响。【结论】1-site/2-p Ka SCM对于准确描述贵州玄武岩母质黄壤表面Pb、Cd吸附特征及解释Pb、Cd的吸附机制具有很好的适用性,可为重金属在农业土壤中的迁移转化行为研究提供参考。