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重金属与多环芳烃常被发现共存于工业场地的土壤中,重金属的存在改变了土壤pH、有机质、阳离子交换容量等性质,从而影响土壤对多环芳烃的吸附。但是目前对重金属存在时土壤对多环芳烃吸附机理的研究较少,一定程度上阻碍了对多环芳烃在环境治理中迁移行为的理解。因此,本研究选择铅和菲分别作为重金属和多环芳烃的代表,系统地探讨铅存在下土壤对菲的吸附行为,研究成果将为今后发展复合污染土壤修复技术提供科学依据。
本文以壤质黄土、皂土和高岭土为研究对象,采用静态吸附的方法研究重金属存在下对菲的吸附容量和吸附键能的影响。动力学实验发现菲在吸附过程中,溶液的pH有所升高。且通过降低土壤溶液初始pH,发现将有利于菲在黄土以及皂土上的吸附。因此,为了避免重金属离子带来的pH降低从而增加菲的吸附,我们特别将吸附实验初始pH固定在5.8±0.1。在此pH条件下,我们研究了菲以及Cd和Pb的吸附等温线,结果表明:在研究的浓度范围,其吸附均为线性。重金属的存在都在一定程度上促进了菲的吸附,且在相同的摩尔浓度下,Pb的效果较Cd显著。重金属对壤质黄土吸附菲的促进作用可能是由于铅降低了黄土中水溶性有机质(DOM)的浓度,使得其固相有机质的含量增加,从而促进了对菲的吸附。而通过烧灼减少黄土的有机质含量后,Pb对其吸附菲的强化作用更加显著,说明这种强化作用可能部分与土壤有机质无关。在皂土和高岭土上发现的促进效果证明了这一推论,并且该吸附促进作用在皂土上较高岭土更为明显;这可能是因为吸附的重金属与溶液中的菲形成阳离子-π键的缘故。在腐殖质-皂土复合体上吸附实验发现了比皂土更强的促进作用,可能是以上两种不同强化机理联合作用的结果。
通过在黄土、皂土以及腐殖质-皂土复合体上的菲的解吸实验,进一步研究重金属存在下菲的吸附键能,结果表明:Pb2+的加入减少了范德华力对菲吸附的贡献,增强了菲的吸附键能,使其吸附变得更不可逆。NaNO3溶液也不能增加菲的解吸,说明用以促进菲吸附的Pb2+不易为Na+所置换。Pb2+对菲吸附键能的增强作用在皂土中表现较腐殖质-皂土复合体上明显,可能是由于腐殖质-皂土复合体本身对菲有较强的吸附作用。另外,实验也相应地发现,菲对土壤中的Pb的吸附容量和吸附键能均有增强,也间接印证了重金属与菲之间的阳离子-π键的可能存在。直接的证实还需要进一步的表面光谱分析表征。