不同土壤对铬和镉吸附能力的比较

薛尤嘉

（中国地质大学，湖北 武汉430074）

1 引言

重金属都有难降解、易在动植物体内富集的危险，因此世界各地都在积极研究降低重金属毒性的方法。对于重金属元素在土壤中运移的研究，主要是利用间歇法（Batch技术）和同位素标记法研究土壤中重金属离子吸附的动力学过程［1］。本文用批量平衡法测定了3种水土比下，不同的pH值时，不同土壤对不同浓度的重金属离子（Cd2＋、Cr3＋、Cr6＋）的等温吸附［3］，并比较了水土比、不同溶质、溶液浓度和pH值对4种不同土壤吸附的影响。

2 材料与方法

2.1 实验原理

用批量平衡法测了水土比为1.5∶1、2.5∶1和5∶1时，在不同的pH值下，4种不同的土壤（内蒙土、红土和黑土）对不同浓度（1×10－6、10×10－6、100×10－6）的重金属离子（Cd2＋、Cr3＋、Cr6＋）的等温吸附。对等温吸附后各溶液上清液的浓度进行计算分析，比较平衡后土壤的吸附比K，就可以分析不同水土比、不同离子、不同浓度和不同pH值溶液对土壤等温吸附的影响。

2.2 实验步骤与方法

配置不同浓度的重金属溶液，然后调成相应的pH值，同时准备好实验所需的风干土样，研磨后装入袋中。对于每种离子（Cd2＋、Cr3＋、Cr6＋），都要配置浓度1（pH值为4），10（pH 值为4），100（pH 值为2），100（pH 值为5），100（pH值为7）×10－6的5种溶液；用干燥的称量纸在1%的天平上称取干土样2.5g（以10∶1为例）。将称好的土放入对应的塑料离心管中；在恒温下，水土混合，振荡均匀；水土分离，振荡完后，离心15min，取上清液倒入小试管中，便于以后测定离子浓度；用原子吸收仪测定离子浓度，当溶液浓度超出标线所测范围时，需要稀释.测定离心管中上清液的pH值并纪录。

2.3 分析方法

式中V为水土混合时所加溶液的体积，mL，在本实验中V＝25mL；M为风干土的重量，g，如10∶1吸附时，M＝2.5g，C1为原溶液实验平衡后的浓度，C0实际浓度。

土壤吸附的浓度极限S极限：

土壤的吸附比K（%）：

3 试验结果与分析

分析吸附比K（%），将计算后的吸附比K（%），根据不同的情况（土壤种类、元素、水土比、溶液初始浓度C）分类。对K值进行比较，分析土壤对离子的吸附程度，具体分为以下几种情况。

（1）对同一土样，比较溶液pH值为4时，不同初始浓度的溶液对同种元素吸附的影响，为了看起来更直观，以红土为例作出红土的吸附比K（%）与溶液初始浓度C（ppm）的关系图（图1、图2～3）。

由图中可以看出：对于红土Cd2＋，浓度在0～1×10－6之间时，C越大吸附比K值也越大，当C大于1×10－6时又逐渐下降；黑土Cd2＋和黑土Cr3＋的5∶1吸附时也是与红土相同，在浓度在0～1×10－6之间，C变大K值也变大，只是增大的幅度较红土小，而且在C大于1×10－6后，吸附比K值都接近100%，且从整体上比较可以看出，红土对Cd2＋的吸附量很小，仅在低浓度时随着浓度的增加会增大，但对Cr3＋和Cr6＋离子的吸附量较大，随着离子浓度的增大吸附量逐渐减小；内蒙土对Cd2＋和Cr3＋的吸附比很大，浓度的变化对吸附比影响并不大，且只能吸附低浓度的Cr6＋离子；黑土对Cd2＋和Cr3＋离子的吸附，在低浓度范围内有波动现象，黑土对Cr6＋只有浓度为1×10－6时能吸附，10×10－6和100×10－6下对Cd2＋离子基本不吸附。

（2）对同一土样，比较相同水土比和溶液浓度（100×10－6）下，溶液pH值不同对同种元素吸附的影响。由实验得出红土对Cd2＋和Cr3＋的吸附比都是随着pH值的增大逐渐增大的，而Cr6＋相反，吸附比随溶液pH值的增大而减小；内蒙土对Cd2＋的吸附比随pH的变大而变大，对Cr3＋在3种水土比下都有，吸附比K＝100%，不受溶液pH值的影响，对Cr6＋在不同的pH值下都只有极少量吸收，总体上是随pH的变大而减小的；黑土对Cd2＋的吸附，在3种水土比下都有pH值为2时的小于pH值为4和pH值为7时，呈增大趋势，对Cd2＋离子，不同pH值下吸附比K值大小都差不多，且接近100%，黑土对Cr6＋在pH值为2时有极少量的吸收，但总体来看，K随pH的增大而减小，均接近0。

（3）比较元素、水土比、溶液浓度及pH值均相同的条件下，不同的土样对离子吸附程度的影响。在对每种土做了具体比较的基础上，可以总结出以下结论：对于不同的土壤，随着水土比的增大，由于所用土样的质量减少，吸附比K都会逐渐减小；对于内蒙土和黑土这类粉砂壤土，Cr3＋离子是最容易被吸收的，Cd2＋离子其次，Cr6＋离子则很难被吸收；而对于红土这样的重粘土，对Cr3＋离子也是最容易吸收的，但是它对Cr6＋离子的吸附程度大于对Cd2＋离子的吸附；对不同土壤，同种元素，相同水土比，相同溶液浓度或pH值下的K值进行比较.对于元素Cd2＋，内蒙土和黑土对其的吸附都很强，总体上来看，土壤对Cd2＋的吸附能力有内蒙土＞黑土＞红土；对于元素Cr3＋，3种土壤对其的吸附能力都很强，内蒙土对其的吸附均为100%，黑土接近100%，红土在100×10－6时受pH值和水土比的影响，吸附能力会小于其他土样；对于元素Cr6＋，红土对其的吸附能力远大于其他3种土样，而对于其他3种土，吸附能力之间并没有太大的差异，都是基本上不吸附Cr6＋离子，只是在浓度为1×10－6时有少量吸附。

4 结语

对于同一土壤不同元素的吸附比：红土Cr3＋＞Cr6＋＞Cd2＋，内蒙土 Cr3＋＞Cd2＋＞Cr6＋，黑土 Cr3＋＞Cd2＋＞Cd6＋。对于同一元素不同土壤的吸附比：Cd2＋内蒙土＞黑土＞红土，Cr3＋都接近100%，Cr6＋红土远大于其他3种土。对于同一土壤不同元素的吸附浓度：红土Cr3＋＞Cr6＋＞Cd2＋，内蒙土和黑土Cr2＋＞Cr3＋＞Cd6＋。对于同一元素不同土壤的吸附浓度：Cd2＋内蒙土和黑土的吸附量都很大，红土最小；Cr3＋内蒙土和黑土的吸附浓度大于红土；Cr6＋红土对其的吸附能力远大于其他3种土样，对于内蒙土和黑土，土壤吸附的浓度很小，几乎为0。通过此项试验验证，可对红土，黑土以及内蒙土的农林作物种植，防治铬、镉提供较为有利的依据。

［1］王 朴，胡红青，丁绍全，等.两种土壤对pb的吸附研究［J］.园林科技，2009（1）：1～2.

［2］王亚平，王 岚，许春雪，等.土壤中Cd，Pb，Hg离子的地球化学行为模拟实验［J］.地质通报，2009，28（5）：1～2.

［3］陈崇希，李国敏.地下水溶质运移理论及模型［M］.武汉：中国地质大学出版社，1996.