壳聚糖对污染土壤中吸附态Pb的解吸作用.docx

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1、壳聚糖对污染土壤中吸附态 ()的解吸作用李增新，梁强，孟韵，张道来. 青岛大学师范学院化学系，山东 青岛 ；. 国家海洋局第一海洋研究所，山东 青岛 摘要：土壤中重金属的吸附解吸直接影响重金属在土壤与其生态环境中的形态转化、迁移和归趋。利用螯合剂促进普通植物富集吸收土壤中重金属是一种新的土壤组合修复技术, 向污染土壤中施用螯合剂可增加土壤溶液金属的浓度和活度，有利于金属到根部而被植物吸收。通过吸附等温实验研究了壳聚糖对污染土壤中铅的解吸作用。将壳聚糖提取液加入含土壤中结果表明，壳聚糖螯合剂能提高土壤中吸附态铅的解吸效率，增加解吸溶液中的浓度。壳聚糖对污染土壤中铅的解吸作用随着壳聚糖加入量的增大

2、而增大，用浓度为0.4 g的脱乙酰度壳聚糖做提取液，提取液，提取平衡时间 达到最高提取率，该吸附过程遵从等温吸附方程； 土柱淋溶实验表明壳聚糖对污染土壤中的提取率为。研究结果为铅在环境中的迁移转化和治理技术等方面的实际应用提供有价值的参考。关键词：土壤污染；土壤修复；重金属污染；壳聚糖；铅离子中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（）表 实验土壤部分理化性质有机质腐殖质水分颗粒组成沙壤土重金属通过不同途径进入土壤环境，土壤中的重金属经过复杂的物理、化学反应，大部分以各种形态滞留在土壤中，同时重金属在作物可食部分积累并进入食物链循环，从而对人体健康构成威胁。因此世界各国目前纷纷开展重金属污染土壤

3、治理技术的研究。虽然有关土壤中重金属吸附的研究较多，但有关土壤中重金属解吸方面的报道还相对较少。土壤中重金属的吸附解吸，直接影响重金属在土壤与其生态环境中的形态转化、迁移和归趋，最终影响农产品的质量与人类的生存环境。利用螯合剂促进普通植物富集吸收土壤中重金属是近年发展起来的一种新的土壤组合修复技术。向污染土壤中施用螯合剂可使土壤固相键合的金属释放，增加土壤溶液金属的浓度和活度，有利于金属到根部而被植物吸收。近年来，已陆续有乙二胺三乙酸()、乙二胺四乙酸()等有机螯合剂用于提高植物对、吸收和富集能力的研究。但这类研究中所用的螯合剂大都是合成的化学试剂，毒性较高、价格昂贵且易造成二次污染。壳聚糖是

4、甲壳素的脱乙酰基产物，易被植物吸收、无毒且易生物降解，具有较强的与金属离子配位的能力，可与重金属形成螯合物，对污染土壤植物修复起促进作用。本文将壳聚糖用于吸附土壤中重金属离子，并对其吸附条件进行试验研究，为在环境中的迁移转化、的分析和治理技术等方面的实际应用提供参考。 材料与方法 试验材料脱乙酰度为、的壳聚糖 (青岛海普生物技术有限公司)；供试土壤为石灰性褐土，采自本市浮山脚下，取样深度为 ，土壤理化性质分析测定方法均采用国家标准，结果如表所示。 污染土样的制备将风干研磨的土样过目筛，装瓶备用，从中取土10 g，放入 离心管中，加入 不同质量浓度的()溶液，振荡，平衡 后，离心，倒掉上层水，再

5、加 双蒸水，用玻璃棒搅拌均匀，再离心；重复以上操作次。含土样烘干，保存在磨口棕色瓶中备用。 试验方法称取一定量壳聚糖，溶于 的乙酸溶液，分别取20 L用乙酸溶液和溶液调整，同时用相同体积和的双蒸水作为空白对照样，将不同的提取液加入盛有 含土壤的锥形瓶中，在摇床上振荡，静置一定时间，用两层中速滤纸过滤混合液，再将滤液进行稀释，用原子吸收分光光度计检测浓度并计算提取率。 壳聚糖提取能力的测定壳聚糖的提取率由式()计算:式中：为壳聚糖对土壤的提取率，；为最后检测的提取液的()；为原始提取液的稀释倍数，倍；为原始提取液体积，；为每克土壤中的质量，。 结果与讨论 壳聚糖提取液浓度对土壤提取率的影响 将壳

6、聚糖溶解后配成不同的浓度，分别取 调节至适当的，按照操作检测质量浓度，并计算提取率。在为时，壳聚糖的质量浓度对提取率的影响如图所示，质量浓度为0 表示对照样，从图可知，从土壤中提取出来的随着壳聚糖质量浓度的增加而增加；提取率在螯合剂为.3 时，随质量浓度增加而很快升高，在0.4 时达到平稳值，继续增加螯合剂质量浓度，提取率改变很小，最高提取率图 壳聚糖质量浓度对提取率的影响图 壳聚糖脱乙酰度对提取率的影响在实验质量浓度范围内，壳聚糖对的吸附量随着质量浓度的增加而增加，用等温吸附方程进行拟合，结果如图表明，对而言，亦呈良好的直线关系，说明壳聚糖对的吸附过程可用等温吸附方程描述。 不同壳聚糖脱乙酰

7、度对土壤吸附性能比较将脱乙酰度为、壳聚糖溶解后配成质量浓度为0.4 提取液，按照操作检测浓度，并计算提取率。由图可见，随着壳聚糖脱乙酰度从逐渐增大，其对土壤提取率也增加。这是因为随着壳聚糖脱乙酰度的增大，壳聚糖分子上游离氨基数量增多，使得壳聚糖鳌合的机会增加，对提取率会增大。但是，当壳聚糖脱乙酰度由进一步增大到，其对吸附性能增加并不显著。另外，由于小于脱乙酰度壳聚糖不易溶解、脱乙酰度壳聚糖的价格比较高，而脱乙酰度壳聚糖既易于溶解、价格又适中，故选择脱乙酰度壳聚糖较为适宜。 不同质量分数污染土样对壳聚糖提取土壤的影响按照“”的方法配制不同质量分数外源污染土样，吸附时间 ，控制溶液为左右，温度为2

8、5 ，测定不同质量分数外源污染土样中壳聚糖对的提取率。实验数据如图。图 糖对的吸附等温线由图可知，在壳聚糖质量浓度、值、温度、吸附时间一定的情况下，随着土样中质量分数的增加，壳聚糖对提取率逐渐降低。 壳聚糖提取时间对土壤提取率的影响用质量浓度为. g壳聚糖对质量分数为 的土壤吸附，控制提取液的为左右，25 时测定不同吸附时间下提取率，如图。由图可知，随着时间的延长，壳聚糖对土壤提取率逐渐增加，但当超过 ，壳聚糖达到饱和吸附量就不再吸附，此时提取率达到最大值。图 土壤质量分数对提取率的影响 壳聚糖提取液值对土壤吸附率的影响 用质量浓度为.4 g壳聚糖对质量分数为 的土壤吸附，提取时间 ，温度25

9、 ，测定不同值下壳聚糖对土壤的提取率。实验数据如图。图 吸附率随变化的吸附等温线由图可知，随着溶液值的升高，天然沸石壳聚糖对的吸附率逐渐升高，在为时达到最高的提取率。这是因为在值为较低时，由于壳聚糖上胺基、羟基被的质子化过大，影响了带正电荷的靠近壳聚糖分子链，从而降低了壳聚糖的吸附率。；当从上升至时，提取率又由 下降至 ，这是由于对壳聚糖中存在的状态影响较大，因此壳聚糖对的提取率受影响较大 。 土柱淋溶实验采用竖直玻璃管(长度300 mm，内直径25 mm)，添装质量分数为 的土壤，吸附柱柱高为200 mm，土柱上下两端用滤纸和纱布固定， 浓度为0.4 g的脱乙酰度壳聚糖溶液从上端流入，下端流

10、出，控制流速为 ，用动态法进行吸附实验。结果表明一次处理后，的提取率为。 其他因素的影响图 吸附时间对吸附率的影响除了土壤溶液的和提取液浓度，土壤中的水溶解态有机物与重金属的络合作用也会影响土壤吸附态铅的提取率。影响重金属络合物的形成和稳定性的因素较多，包括重金属离子的性质、络合剂的特性以与介质条件如、离子强度和温度等；一般来说，金属有机物络合物的稳定性随增加而增加，而水溶液离子强度的增加将导致金属有机物络合物稳定性减小。腐殖质是土壤的重要成分，腐殖质对重金属具有强烈的吸附作用，且吸附率随介质的升高而逐渐增大。因此，腐殖质或水溶解态有机物的存在可对重金属络合产生较大影响，从而间接促进或抑制壳聚

11、糖提取土壤中的吸附态铅。 结论 根据壳聚糖可作为铅螯合剂的机理，将壳聚糖提取液加入含土壤中，结果表明，壳聚糖螯合剂能提高土壤中吸附态铅的解吸效率，增加解吸溶液中的浓度；壳聚糖对污染土壤中铅的解吸作用随着壳聚糖加入量的增大而增大，浓度为0.4 g的脱乙酰度壳聚糖做提取液，控制提取液左右，提取平衡时间 ，对含 土壤中提取率达到，该吸附过程遵从等温吸附方程；土柱淋溶实验表明，壳聚糖对污染土壤中的提取率可达到。壳聚糖对污染土壤中铅的解吸作用研究可为铅在环境中的迁移转化、修复铅污染土壤提供有价值的参考。参考文献： 陈苏, 孙丽娜, 孙铁珩, 等. 不同污染负荷土壤中镉和铅的吸附解吸行为. 应用生态学报,

12、 , (): . 陈苏, 孙铁珩, 孙丽娜, 等. 、在根际和非根际土壤中的吸附解吸行为. 环境科学, , (): . 刘平, 徐明岗, 宋正国. 伴随阴离子对土壤中铅和镉吸附解吸的影响. 农业环境科学学报, , (): . 张伟安, 汪玉庭, 杨智宽. 水溶性巯基壳聚糖对污染土壤吸附态汞的解吸作用研究. 环境污染与防治, , (): . 翁高艺, 孙小峰, 吴龙华, 等. 铜锌铅复合污染土壤上香薷植物的生长和重金属吸收动态. 土壤, , (): . 杨亚提, 张一平. 几种土壤粘粒表面吸附解吸不可逆性特征. 西北农林科技大学学报(自然科学版), , (): . 邓仕槐, 武俊英, 肖德林, 等. 土壤对污染的缓冲特性研究. 安全与环境学报, , (): .