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土壤有机质是土壤的重要组分,对土壤团聚体稳定性、最大持水量、阳离子交换量、养分循环与释放等物理、生物及化学方面的功能有重要影响,腐殖物质作为土壤有机质的主要组成部分(60~80%),与土壤众多复杂的化学反应密切相关,其最显著的特征之一就是与金属离子之间强烈的相互作用。长期以来,在控制环境中金属离子的行为和迁移轨迹过程中,腐殖物质起着至关重要的作用。本文研究了不同种类土壤、土壤腐殖物质及不同来源有机物料腐殖物质对铜离子的吸附作用,为了解腐殖物质结构和特征以及阐明其与金属离子相互作用机理等方面提供了理论依据和基础材料,研究结果如下:1、以黑土、黑钙土和暗棕壤为供试土壤,采用批量平衡法,研究了pH值、离子强度、温度和反应时间对土壤吸附Cu2+的影响,为三类土壤合理施铜及铜污染防治提供基础资料。结果表明:土壤对Cu2+的吸附量随pH值增加而增大,随体系离子强度的增加而降低,随温度以及溶液中初始Cu2+浓度的增加而增大,黑土吸附拟合Freundlich方程效果较好,对于黑钙土和暗棕壤则是用Langmuir等温吸附模型的拟合效果最佳;热力学参数表明三种土壤对铜离子的吸附均为自发、吸热和熵增加的过程;三类土壤对铜离子的吸附动力学曲线相似,反应初始阶段,吸附量增加迅速,随反应时间的延长,吸附量的增幅变小并逐渐趋于平衡;Elovich方程能够较好的描述黑土和黑钙土对铜离子的吸附动力学过程,抛物线扩散方程则更适于表征暗棕壤对铜离子的吸附动力学过程。2、应用元素分析和固态13C核磁共振波谱技术表征黑土和黑钙土中各胡敏素组分的结构特征发现,黑土和黑钙土中各胡敏素组分的结构特征各异,在三者中,Bulk-humin具有最强的脂族性和疏水性,AS-humin的脂族性最弱,AIS-humin的烷化度最低,这些结构特征的差异表明在土壤环境中各胡敏素组分的功能均有不同。3、关于黑土胡敏素和胡敏酸对铜离子吸附作用的研究结果表明,胡敏酸和胡敏素的化学组成不同。胡敏素腐殖化程度、脂化度和疏水度更高,而极性弱。胡敏素的吸附量低于胡敏酸。298K温度条件下,胡敏素和胡敏酸的最大吸附量分别为227.3和243.9mg·g-1。温度增加使吸附反应进行的趋势增强。胡敏素和胡敏酸对铜离子的吸附是自发、吸热且熵增加的过程。胡敏素和胡敏酸吸附铜离子时具有表面能量不均匀性,且胡敏酸的能量不均匀性比胡敏素更强。4、关于暗棕壤胡敏素和胡敏酸的结构特征及其对铜离子吸附-解吸特征的研究结果表明,暗棕壤胡敏素和胡敏酸的结构及其对铜离子的吸附和解吸的特征不同,与胡敏酸相比,胡敏素的烷基C、糖类C和酚醛C含量较高,甲氧基C、芳基C和羰基C含量较低,胡敏素对铜离子的最大吸附量较低,且吸附可逆性较强。因此,胡敏素对控制环境中铜离子的迁移和生物有效性具有重要意义。5、通过批量平衡法,研究了不同接触时间、pH、离子强度和Cu2+浓度条件下,Cu2+在几种不同有机物料(猪粪、草炭和落叶)来源的“类HA”上的吸附作用;利用同步X-射线光谱(XAS),从分子水平上考察了吸附态Cu2+的配位环境;同时,应用元素分析和固态13C核磁共振波谱技术,对“类HA”的化学组成进行了表征。结果表明,“类HA”对Cu2+的吸附能在8h内达到平衡;猪粪HA(CHA)、草炭HA(PHA)和落叶HA(LHA)对Cu2+的最大吸附量分别为229.4、210.4和197.7mg·g-1;“类HA”对Cu2+的吸附过程遵循假二级动力学模型以及Langmuir等温线模型;在pH2~7范围内,“类HA”对Cu2+的吸附随pH升高逐渐增大,并在pH>7时达到最大值;低离子强度(0.01~0.2mol·L-1NaNO3)显著影响“类HA”对Cu2+的吸附,而高离子强度(0.4~1mol·L-1NaNO3)条件下的影响不明显;离子交换和表面络合是主要的吸附机制;XAS结果表明,Cu2+在“类HA”表面上的结合位点及氧化状态不受初始Cu2+浓度(15~40mg·L-1)的影响,第一配位层中每个Cu原子周围分布着4个O/N原子,Cu-O间距为1.95,Cu原子在“类HA”表面的配位原子数随初始Cu2+浓度的增加呈减少趋势;这三种来源“类HA”对Cu2+吸附能力的差异能归于它们在结构特征上的差异。上述研究结果对于认识添加这些有机物料的土壤中Cu2+的行为是重要的。