168992 (Почвы как ионообменные сорбенты, особенности сорбции ионов свинца дерново-подзолистой супесчаной почвы), страница 4
Описание файла
Документ из архива "Почвы как ионообменные сорбенты, особенности сорбции ионов свинца дерново-подзолистой супесчаной почвы", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "экология" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "экология" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "168992"
Текст 4 страницы из документа "168992"
Таблица 1 - Содержание тяжелых металлов основных удобрениях мелиорантах, применяемых в земледелии Беларуси, мг/кг натуральной влажности [21]
Удобрения, мелиоранты | Свинец | Кадмий | Цинк | Медь |
Мочевина Аммиачная селитра Сульфат аммония КАС Суперфосфат двойной Суперфосфат аммонизированный Аммофос Доломитовая мука | 0,12-0.38 0.18 0.11-0.17 0.14 0.34-0.61 0.32 0.11-0.29 0.22 13.1-27.2 19.1 5.6-10.1 7.8 9.2-12.6 1.82 23-32.2 15 | 0.07-0.12 0.1 0.05-0.12 0.08 0.17-0.27 0.19 0.05-0.13 0,07 1.2-4.5 2.6 0.4-1.1 0.8 1.21-2.59 36.4 0.46-0.57 0.54 | 8.1-15.2 11 4.9-9.2 7.0 34.1-49.8 41.2 27.7-41.2 36.1 16.4-62.2 23.1 6.7-13.2 8.5 21-51 8.9 24.8-37.1 32 | 6.1-8.9 7.7 0.4-1.2 0.7 14.6-20 17 23.5-33 31 11.2-32.5 17 5.9-14.6 2 6.6-21 7 14.9-21 18.9 |
7 Сорбция тяжелых металлов почвами
В то же время количественные закономерности адсорбции и ионного обмена могут быть описаны сходными по форме уравнениями. Для описания изотерм адсорбции ТМ пользуются уравнением Фрейндлиха или уравнением Ленгмюра.
Эмпирическое уравнение Фрейндлиха имеет вид
Lg x/m =lg Kф +1/n lg C C = 1 + C
x/m Klb b
где х/m и С – концентрация ТМ в адсорбированном состоянии и в равновесном растворе соответственно. Кф и 1/n – константная и максимальная адсорбция ТМ в уравнении Ленгмюра [14].
Рисунок 10 - Изотерма адсорбции [14]
Процессы адсорбции элементов почвами и их компонентами в большинстве случаев удовлетворительно описывают уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха, позволяющее представить криволинейную экспериментальную зависимость между равновесной концентрацией и количеством сортированного элемента в линейной форме. Так, по мнению В.С.Горбатова [15] показатели сорбции ТМ определялись статистическим методом, который заключался в следующем: к серии навесок почвы приливали соли ТМ переменных концентраций (Pb от 0.02 – 9.65, Cd от 0.01 – 4.9,Zn от 0.02 – 15.25 ммоль/л) на фоне 0.0025 М раствора хлорида кальция. Отношение почва: раствор- 1:10, время взбалтывания на ротаторе – 2 часа при 250 градусах, время установления равновесия 24 ч. Суспензии центрифугировали при 10 тыс. об/мин, фильтровали и определяли концентрацию ТМ в равновесных растворах методом атомно-сорбционной спектрофотомерии. Количество металла, адсорбированного повой рассчитывали по разнице между добавленным количеством и содержащимся в растворе.
В исследованиях многих авторов [15] : Т.Е.Bastaи S. Kuo отмечается, что с увеличением почвенной кислотности способность почв адсорбировать ТМ снижается. Влияние кислотности на величину адсорбции обусловлено несколькими процессами, протекание которых зависит от реакции среды: гидролизом ТМ, изменением ЕКО, специфической адсорбцией ТМ на илистых частицах.
На адсорбцию сильно влияет органическое вещество почвы. Так адсорбции ТМ гумусом происходит с участием карбоксильных (-СООН) и фенольных (-ОН) групп, путем замещение водорода на ионы металла. При этом образуются хелаты, в которых металл входит в анионную часть молекул органического вещества. В этом случае металл соединен координационными (гомеополярными) связями и не проявляет себя как катион:
Комплекс также может металл в обмен на катион водорода во вне функциональных группах.
Следовательно металлы могут входить как в катионную так и в анионную частимолекул гумусовых кислот.
Использование логарифмической формулы Фрейндлиха для описания процессов адсорбции ТМ почвами также позволяет обнаружить на изотермах наличие двух и более контрастно адсорбции [15].
Рисунок 11- Изотермы адсорбции свинца дерново-подзолистой
почвы [15]
По мнению В.С.Горбатова [15] разделение изотерм адсорбции на два участка с энергетической гетерогенностью адсорбционных мест и указывает на наличие в почве двух и более групп обменных центров. Наличие нескольких групп обменных центров, обладающих не одинаковым сродством к тяжелым металлам, свидетельствует о, что часть катионов адсорбируется почвой специфически, а часть неспецефически. На эти процессы влияет кислотность почвы. Данные представлены в таблице 2. При низких концентрациях заполняются места с более высокой энергией связи, т. е имеет место специфическая адсорбция. С увеличением концентрации ТМ происходит неспецифическая адсорбция, заполняются места с более низкой энергией связи.
Таблица 2 - Влияние кислотности на специфическую адсорбцию ТМ дерново-подзолистой почвы (гумус 2.2%) [15]
Кислотность почв | ЕКО смоль(+)/кг | Специфическая адсорбция Q смоль/кг | Q от EKO % |
кадмий | |||
5 | 14.22 | 0.29 | 2.0 |
6 | 18.96 | 0.30 | 1.6 |
6.5 | 33.97 | 0.30 | 0.9 |
свинец | |||
5.0 | 14.22 | 2.4 | 16.9 |
6.0 | 18.96 | 2.4 | 12.7 |
6.5 | 33.97 | 2.6 | 7.7 |
Содержание гумуса в большей степени влияет на специфическую адсорбцию, чем кислотность. Так с увеличением содержания в почве гумуса с 1.5- 3.3% наблюдается увеличение специфической адсорбции кадмия и цинка на 7-9%,а свинца на 12%. При этом доля максимального количества специфически поглощенных ТМ от ЕКО снижается. Данные представлены в таблице 3. Установлено, что специфическая адсорбция металлов в большей степени зависит от генетических особенностей почвы (гранулометрического и минерального состава, содержания полуторных гидроксидов Fe и Al Mn,чем от их агрохимических свойств. Было доказано, что максимальное количество элементов, адсорбируемых специфически, изменяется в ряду Pb2+, Zn2+, Cd2+ [14].
Свинец по сравнению с другими металлами в больших количествах поглощается и удерживается почвой. Отношение максимальной сорбции свинца к ЕКО находится в пределах 31-58%,в то время как для цинка и кадмия такой показатель равен 25-46 и 17-32% соответственно. Этим и объясняется малая подвижность в почве свинца. При этом с уменьшением кислотности и увеличением содержании гумуса максимальное количество поглощенных металлов, отнесенное к общему количеству ионов в ППК, способных к обмену, снижается, что может быть связано с возрастанием конкуренции за адсорбционные места в ППК [14].
Показано что поглощение свинца черноземом, серой-лесной и дерново-подзолистой почвой при рН 4.5 и 6 сопровождается вытеснением в раствор не только иона кальция, но и иона водорода, и представляет собой не бинарный, а трехкатионный ионный обмен. Этот обмен является обратимым процессом. При рН 6 и выше вступает в действие и начинает превалировать другой механизм поглощения Pb2+ - осаждение карбоната свинца. Поведение Pb2+ в почвах и его доступность растениям зависит от того, насколько прочно он связан и насколько легко может быть высвобожден в раствор под влиянием тех или иных воздействий.
Таблица 3 - Влияние кислотности и содержания гумуса на величину максимальной сорбции ТМ дерново-подзолистой почвы [14]
Гумус % | pH почвы | ЕКO cмоль(+) | кадмий | свиней | ||
Q смоль(+) на кг | Q в% от EKO | Q смоль(+)/кг | Q в%от EKO | |||
1.5 | 5.5 | 14.22 | 4.61 | 32.4 | 7.55 | 53 |
6.0 | 18.17 | 5.02 | 27.6 | 8,26 | 45,5 | |
6.5 | 24.49 | 5.11 | 20.9 | 8,89, | 36,3 | |
2.2 | 5.5 | 14.22 | 4.68 | 32.9 | 7,87 | 54,7 |
6.0 | 18.96 | 5.42 | 28.6 | 9,56 | 50,4 | |
6.5 | 33.97 | 5.74 | 16.9 | 10,64 | 31,3 | |
3.3 | 5.5 | 18.96 | 6.11 | 32.2 | 10,53 | 55,5 |
6.0 | 21.33 | 6.43 | 30.1 | 12,05 | 56,5 | |
6.5 | 34.76 | 6.75 | 19.4 | 13,51 | 38,3 | |
6.5 | 5.5 | 24.49 | 7.02 | 28.7 | 14,28 | 58,3 |
6.0 | 27.65 | 7.6 | 27.5 | 15,96 | 57,7 | |
6.5 | 39.5 | 8.1 | 20.3 | 20,2 | 53,0 |
Поглощение Pb2+ существенно зависит от типа почв и возрастает с увеличением рН. При одинаковых условиях чернозем связывает больше Pb2+, чем серая, лесная и дерново-подзолистая почвы. Известно, что количество поглощенного Pb2+ может превышать величину емкости катионного обмена. Было установлено, что связывание Pb2+ сопровождалось выделением из почв в раствор не только иона кальция, но и иона водорода, а также выделением или поглощения небольшого количества иона калия,
Общий баланс катионов при поглощении Pb2+ при рН 5 , при концентрации раствора примерно до 0.6ммоль/л (содержание Pb2+ до 50ммоль/кг) [20].
SCa+SH+SK=0.83SPb