不同土壤對鉻和鎘吸附能力的比較

薛尤嘉

（中國地質大學，湖北 武漢430074）

1 引言

重金屬都有難降解、易在動植物體內富集的危險，因此世界各地都在積極研究降低重金屬毒性的方法。對于重金屬元素在土壤中運移的研究，主要是利用間歇法（Batch技術）和同位素標記法研究土壤中重金屬離子吸附的動力學過程［1］。本文用批量平衡法測定了3種水土比下，不同的pH值時，不同土壤對不同濃度的重金屬離子（Cd2＋、Cr3＋、Cr6＋）的等溫吸附［3］，并比較了水土比、不同溶質、溶液濃度和pH值對4種不同土壤吸附的影響。

2 材料與方法

2.1 實驗原理

用批量平衡法測了水土比為1.5∶1、2.5∶1和5∶1時，在不同的pH值下，4種不同的土壤（內蒙土、紅土和黑土）對不同濃度（1×10－6、10×10－6、100×10－6）的重金屬離子（Cd2＋、Cr3＋、Cr6＋）的等溫吸附。對等溫吸附后各溶液上清液的濃度進行計算分析，比較平衡后土壤的吸附比K，就可以分析不同水土比、不同離子、不同濃度和不同pH值溶液對土壤等溫吸附的影響。

2.2 實驗步驟與方法

配置不同濃度的重金屬溶液，然后調成相應的pH值，同時準備好實驗所需的風干土樣，研磨后裝入袋中。對于每種離子（Cd2＋、Cr3＋、Cr6＋），都要配置濃度1（pH值為4），10（pH 值為4），100（pH 值為2），100（pH 值為5），100（pH值為7）×10－6的5種溶液；用干燥的稱量紙在1%的天平上稱取干土樣2.5g（以10∶1為例）。將稱好的土放入對應的塑料離心管中；在恒溫下，水土混合，振蕩均勻；水土分離，振蕩完后，離心15min，取上清液倒入小試管中，便于以后測定離子濃度；用原子吸收儀測定離子濃度，當溶液濃度超出標線所測范圍時，需要稀釋.測定離心管中上清液的pH值并紀錄。

2.3 分析方法

式中V為水土混合時所加溶液的體積，mL，在本實驗中V＝25mL；M為風干土的重量，g，如10∶1吸附時，M＝2.5g，C1為原溶液實驗平衡后的濃度，C0實際濃度。

土壤吸附的濃度極限S極限：

土壤的吸附比K（%）：

3 試驗結果與分析

分析吸附比K（%），將計算后的吸附比K（%），根據不同的情況（土壤種類、元素、水土比、溶液初始濃度C）分類。對K值進行比較，分析土壤對離子的吸附程度，具體分為以下幾種情況。

（1）對同一土樣，比較溶液pH值為4時，不同初始濃度的溶液對同種元素吸附的影響，為了看起來更直觀，以紅土為例作出紅土的吸附比K（%）與溶液初始濃度C（ppm）的關系圖（圖1、圖2～3）。

由圖中可以看出：對于紅土Cd2＋，濃度在0～1×10－6之間時，C越大吸附比K值也越大，當C大于1×10－6時又逐漸下降；黑土Cd2＋和黑土Cr3＋的5∶1吸附時也是與紅土相同，在濃度在0～1×10－6之間，C變大K值也變大，只是增大的幅度較紅土小，而且在C大于1×10－6后，吸附比K值都接近100%，且從整體上比較可以看出，紅土對Cd2＋的吸附量很小，僅在低濃度時隨著濃度的增加會增大，但對Cr3＋和Cr6＋離子的吸附量較大，隨著離子濃度的增大吸附量逐漸減小；內蒙土對Cd2＋和Cr3＋的吸附比很大，濃度的變化對吸附比影響并不大，且只能吸附低濃度的Cr6＋離子；黑土對Cd2＋和Cr3＋離子的吸附，在低濃度范圍內有波動現象，黑土對Cr6＋只有濃度為1×10－6時能吸附，10×10－6和100×10－6下對Cd2＋離子基本不吸附。

（2）對同一土樣，比較相同水土比和溶液濃度（100×10－6）下，溶液pH值不同對同種元素吸附的影響。由實驗得出紅土對Cd2＋和Cr3＋的吸附比都是隨著pH值的增大逐漸增大的，而Cr6＋相反，吸附比隨溶液pH值的增大而減小；內蒙土對Cd2＋的吸附比隨pH的變大而變大，對Cr3＋在3種水土比下都有，吸附比K＝100%，不受溶液pH值的影響，對Cr6＋在不同的pH值下都只有極少量吸收，總體上是隨pH的變大而減小的；黑土對Cd2＋的吸附，在3種水土比下都有pH值為2時的小于pH值為4和pH值為7時，呈增大趨勢，對Cd2＋離子，不同pH值下吸附比K值大小都差不多，且接近100%，黑土對Cr6＋在pH值為2時有極少量的吸收，但總體來看，K隨pH的增大而減小，均接近0。

（3）比較元素、水土比、溶液濃度及pH值均相同的條件下，不同的土樣對離子吸附程度的影響。在對每種土做了具體比較的基礎上，可以總結出以下結論：對于不同的土壤，隨著水土比的增大，由于所用土樣的質量減少，吸附比K都會逐漸減小；對于內蒙土和黑土這類粉砂壤土，Cr3＋離子是最容易被吸收的，Cd2＋離子其次，Cr6＋離子則很難被吸收；而對于紅土這樣的重粘土，對Cr3＋離子也是最容易吸收的，但是它對Cr6＋離子的吸附程度大于對Cd2＋離子的吸附；對不同土壤，同種元素，相同水土比，相同溶液濃度或pH值下的K值進行比較.對于元素Cd2＋，內蒙土和黑土對其的吸附都很強，總體上來看，土壤對Cd2＋的吸附能力有內蒙土＞黑土＞紅土；對于元素Cr3＋，3種土壤對其的吸附能力都很強，內蒙土對其的吸附均為100%，黑土接近100%，紅土在100×10－6時受pH值和水土比的影響，吸附能力會小于其他土樣；對于元素Cr6＋，紅土對其的吸附能力遠大于其他3種土樣，而對于其他3種土，吸附能力之間并沒有太大的差異，都是基本上不吸附Cr6＋離子，只是在濃度為1×10－6時有少量吸附。

4 結語

對于同一土壤不同元素的吸附比：紅土Cr3＋＞Cr6＋＞Cd2＋，內蒙土 Cr3＋＞Cd2＋＞Cr6＋，黑土 Cr3＋＞Cd2＋＞Cd6＋。對于同一元素不同土壤的吸附比：Cd2＋內蒙土＞黑土＞紅土，Cr3＋都接近100%，Cr6＋紅土遠大于其他3種土。對于同一土壤不同元素的吸附濃度：紅土Cr3＋＞Cr6＋＞Cd2＋，內蒙土和黑土Cr2＋＞Cr3＋＞Cd6＋。對于同一元素不同土壤的吸附濃度：Cd2＋內蒙土和黑土的吸附量都很大，紅土最小；Cr3＋內蒙土和黑土的吸附濃度大于紅土；Cr6＋紅土對其的吸附能力遠大于其他3種土樣，對于內蒙土和黑土，土壤吸附的濃度很小，幾乎為0。通過此項試驗驗證，可對紅土，黑土以及內蒙土的農林作物種植，防治鉻、鎘提供較為有利的依據。

［1］王 樸，胡紅青，丁紹全，等.兩種土壤對pb的吸附研究［J］.園林科技，2009（1）：1～2.

［2］王亞平，王 嵐，許春雪，等.土壤中Cd，Pb，Hg離子的地球化學行為模擬實驗［J］.地質通報，2009，28（5）：1～2.

［3］陳崇希，李國敏.地下水溶質運移理論及模型［M］.武漢：中國地質大學出版社，1996.