温度对土壤吸附铜的影响

杜佳鑫，白英花，任晓莉，廉 玲，张晓园

(大连民族学院环境与资源学院学生，辽宁大连 116605)

温度对土壤吸附铜的影响

杜佳鑫，白英花，任晓莉，廉 玲，张晓园

(大连民族学院环境与资源学院学生，辽宁大连 116605)

重金属在土壤环境中的累积对生态系统和食物链的危害已经广受关注。铜是土壤重金属污染危害较大的污染物之一。当土壤中铜浓度超过一定浓度后会降低农作物产量，改变土壤微生物区系，加速铜在生物体内的累积。目前，国内外广泛开展铜在环境中的迁移、转化、生物有效性和修复等行为研究［1］，而土壤对铜的吸附是影响铜的环境行为的关键过程。本文主要探讨温度对土壤吸附铜的影响，估算热力学参数，为铜在土壤中的迁移和归趋提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试土壤取自大连民族学院校园土，自然风干磨碎，过100目筛，备用。基本理化性质见表1。

表1 供试土壤的基本理化性质

1.2 仪器及试剂

低速台式离心机、酸度计、气浴恒温振荡器、火焰原子吸收分光光度计;氯化铅、氯化钙、氢氧化钠、盐酸等化学试剂均为分析纯。

1.3 方法

以0.01mol·L－1CaCl2为电解质，配制浓度梯度为 210，420，630，840，960，1050，1260，1470 μmol·L－1的CuCl2溶液。通过加入HCl或NaOH溶液调节pH值，使每个浓度的pH值均为5。准确称取0.35 g棕壤，分别加入14 mL不同浓度的重金属Cu溶液于聚四氟乙烯的离心管内，加塞密封。每个浓度做2个重复，在恒温振荡器中，分别在温度为10℃，25℃，35℃震荡24 h平衡，混合溶液离心分离15 min，取上清液用火焰原子吸收分光光度法测定铜浓度，差减法计算吸附量。

2 结果与讨论

2.1 土壤在不同温度下的吸附等温线(如图1)

图1 温度对土壤吸附铜的影响

由图1可知，随着温度的升高，土壤对铜离子的吸附能力逐渐增强。分析其原因，主要是当铜离子初始浓度较低时，土壤表面有大量吸附位，吸附量随浓度增长很快，曲线较陡，随着铜离子的浓度增大，土壤表面的吸附位逐渐被占满，吸附曲线增势减缓，最后逐渐达到吸附平衡。此外，随着温度升高，加快了土壤表面吸附的铜向其内部迁移，释放土壤表面吸附位，吸附能力逐渐增强。用Freundlich和Langmuir模型对供试土壤吸附铜的规律进行拟合，其结果(见表2)，Freundlich拟合的相关系数都大于 0.955～0.981，Langmuir模型拟合的相关系数在 0.711～0.741之间，土壤对铜离子的吸附较好的符合Freundlich模型。随着温度的升高，其KF值逐渐增大，n值逐渐减小，说明土壤对铜的吸附能力逐渐增强。

表2 两种吸附方程对吸附铜的拟合结果

在吸附过程中，根据热力学参数方程［3］可求算出吸附过程的热力学参数:

式中，KD(L·mol－1)为吸附分配系数，△G°为吉普斯自由能能变，△H°为焓变，△S°为熵变。

根据上述公式可计算出吉布斯函数变ΔG283°、ΔG298°和 ΔG308°分 别 为 － 7.43，－8.33，－8.67 kJ·mol－1，焓变 ΔH°为 6.040 kJ·mol－1，熵变 ΔS°为 48.04 J·mol－1。土壤对铜离子吸附过程的ΔG°为负值，说明吸附过程是自发行为，且随着温度的升高，ΔG°的绝对值增大，自发进行的程度加快。焓变ΔH°＞0，说明该吸附过程是吸热过程［4］。ΔS°＞0，说明土壤表面吸附铜离子后有序性减弱。

3 结论

(1)随着温度的升高，供试土壤对铜的吸附能力逐渐增强。

(2)供试土壤对铜离子的吸附过程是自发的吸热过程。

(3)供试土壤的焓变 ΔH°为 6.040 kJ·mol－1，熵变 ΔS°为 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］王涛，刘廷凤，何忠，等.砂壤中铜的吸附行为及影响因素研究［J］.土壤学报，2007，44(1):85 －89.

［3］邹卫华，陈宗璋，韩润，等.锰氧化物/石英沙对铜和铅离子的吸附研究［J］.应用化学，2005，25(6):779 －784.

［4］任建敏，张永民，吴四维，等.钠基膨润吸附亚甲基蓝的热力学与动力学研究［J］.离子交换与吸附，2010，26(2):179－186.

O647.3

A

1009－315X(2011)05－0536－02

2010－08－16;最后

2011－07－14

大连民族学院太阳鸟计划资助项目(2010042)。

指导教师:张凤杰(1973－)，女，辽宁本溪人，讲师，博士研究生，主要从事环境污染化学研究。

(责任编辑 邹永红)