淺談鉻在土壤中吸附特性與賦存形態(tài)研究

摘 要：近年鉻污染事件頻繁發(fā)生，造成越來越多的鉻進入到土壤環(huán)境中，土壤鉻污染現(xiàn)場日益突出。由于鉻進入土壤中會發(fā)生吸附解吸行為，而且形態(tài)也會變化，因此對鉻在土壤中的吸附解吸行為和賦存形態(tài)的研究可以使人們了解鉻在土壤中的遷移轉化狀態(tài)，可為鉻污染土壤治理技術的研究提供一定理論依據(jù)。該文對鉻在土壤中的吸附特性與賦存形態(tài)進行淺談。

關鍵詞：鉻 土壤 吸附-解吸 賦存形態(tài)

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-0-02

近年鉻污染事件頻繁發(fā)生，2011年云南曲靖發(fā)生的非法轉移鉻渣5000余t的事件震驚全國，另有28.84萬t鉻渣在沒有做任何防護措施下露天堆放，當?shù)氐耐寥篮退w均受到鉻渣的污染。越來越多的鉻進入到土壤環(huán)境中，土壤鉻污染現(xiàn)場日益突出。鉻進入土壤中會發(fā)生吸附解吸行為，而且形態(tài)也會變化，因此對鉻在土壤中的吸附解吸行為和賦存形態(tài)的研究可以使人們了解鉻在土壤中的遷移轉化狀態(tài)，可為鉻污染土壤治理技術的研究提供一定理論依據(jù)。該文對鉻在土壤中的吸附解吸特性與賦存形態(tài)進行淺談。

1 鉻在土壤中的吸附理論

鉻進入到土壤中最先發(fā)生的反應過程就是吸附作用，鉻以溶液的形式存在時，遷移性較強，生物活性也較大，可能在土壤中發(fā)生擴散、遷移等過程，但是已經(jīng)被土壤吸附的鉻較難發(fā)生這種情況。

由于鉻在土壤溶液中存在三價和六價兩種價態(tài)，三價鉻離子在土壤溶液中主要以Cr（H2O）63+及其水解產(chǎn)物Cr（H2O）5（OH）2+、Cr（H2O）4（OH）2+、Cr（H2O）（OH）30、CrO2-等形式存在[1]，在pH較低時，Cr（Ⅲ）主要以陽離子形式存在。土壤對Cr（Ⅲ）的吸附作用主要發(fā)生在pH 2～6范圍內(nèi)，是帶負電荷的土壤無機膠體和有機膠體對陽離子的吸附。這種吸附是由靜電引力產(chǎn)生的非專性吸附。六價鉻離子以CrO42+、HCrO4-、Cr2O72-形式存在，帶正電荷的土壤膠體可以與之交換吸附[2]，土壤對Cr（Ⅵ）的吸附主要為專性吸附[3]。

2 鉻在土壤中吸附-解吸的影響因素研究

土壤是一個極為復雜的體系，在不同的土壤中鉻所表現(xiàn)出來的吸附行為也有所不同。主要受到土壤類型、pH值、粘土礦物類型、有機質(zhì)及鐵鋁氧化物含量等多種因素

影響。

2.1 pH值對鉻在土壤中的吸附的影響

pH是影響土壤吸附鉻非常重要的因素之一。在中性、堿性土壤中及礦物的表面對Cr（Ⅵ）吸附能力很弱，容易發(fā)生遷移作用，在酸性土壤中則可通過被吸附于帶正電荷的礦物表面而從溶液中去除[4]。陳英旭等在pH、溫度對土壤溶液中Cr（Ⅵ）減少速率的影響中得出結論：土壤溶液中Cr（Ⅵ）減少量隨pH上升而下降，從變化趨勢上可以分為較快下降區(qū)、平穩(wěn)下降區(qū)和急劇下降區(qū)。三個區(qū)域的兩個交界點的pH臨界基本相近，分別為pH3.5～4和pH6.5左右，pH達到8左右，Cr（Ⅵ）的減少量趨于零[5]。

2.2 有機質(zhì)對鉻在土壤中的吸附的影響

有機質(zhì)能夠給土壤提供大量的中可變電荷，直接影響土壤對鉻離子的吸附。吳敦敖等在去有機質(zhì)和未處理樣品對Cr（Ⅵ）的吸附實驗中發(fā)現(xiàn)，有機質(zhì)本身不吸附Cr（Ⅵ），反而因為它的存在，減少了土壤對Cr（Ⅵ）的吸附[6]。

腐殖酸是土壤有機質(zhì)的重要組成部分，腐植酸中的羧基、酚羥基、羰基、銨基和甲氧基等，對土壤表面負電荷量的貢獻率最高[7]。王亞軍等進行研究了腐植酸對鉻在砂土中吸附行為影響，結果表明：pH值為3時添加腐植酸時，砂土對Cr（Ⅵ）吸附能力增強，提高到30%，作用機理主要是由于酸性條件下腐植酸可以與鉻絡合，其絡合物與砂土顆粒有較強的結合能力，增強了砂土對Cr（Ⅵ）的吸附能力[8]。

2.3 粘土礦物對鉻在土壤中的吸附的影響

土壤中能產(chǎn)生吸附作用的，主要的貢獻者就是粘土礦物，粘土礦物的顆粒很細小，一般小于2 μm，具有很大的表面能和化學活性。

朱月珍等在研究了不同類型粘粒礦物以對六價鉻的吸附與還原能力，發(fā)現(xiàn)土壤粘粒礦物對六價鉻的吸附順序大致為：高嶺石>伊利石>蛭石≈蒙脫石[9]。吳敦傲在分別對高嶺石、蒙脫石和MnO2進行Cr（Ⅵ）的吸附對比實驗，發(fā)現(xiàn)三種礦物均能吸附Cr（Ⅵ），吸附順序為：高嶺石>蒙脫石>MnO2[6]。粘土礦物對陰離子的吸附是一種化學吸附，而且是專性吸附。即陰離子通過與粘土礦物表面的配位基交換而被

吸附。

2.4 鐵錳氧化物對鉻在土壤中的吸附的

影響

土壤中除了含有大量的粘土礦物外，還存在大量的鐵錳氧化物。鐵錳氧化物在一定程度上影響土壤中一些元素的遷移和富集。

在Cr（Ⅵ）的吸附解吸研究中，有一種觀點認為游離氧化鐵是土壤吸附Cr（Ⅵ）的主要成分。黃瓊瑤等選取鐵錳結核為材料，研究其對Cr（Ⅵ）的吸附解吸行為。鐵錳結核對Cr（Ⅵ）的吸附作用明顯，最大吸附率達到62%，去離子水的最大解吸率為11.144%，再用酸雨解吸時最大解吸率為2.463%[10]。易秀等研究結果也表明黃土性土壤不同土層對Cr（VI）的吸附量與游離氧化鐵的含量呈極顯著正相關，土壤中游離氧化鐵是吸附Cr（VI）的主要成分。游離氧化鐵的含量多少直接影響土壤對Cr（Ⅵ）的吸附量[11]。

3 鉻在土壤中化學形態(tài)的研究

鉻的形態(tài)直接影響其物理化學性質(zhì)、生物毒性及環(huán)境行為。對于重金屬鉻的形態(tài)，目前還沒有統(tǒng)一的定義及分類方法。通常將鉻分為水溶態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)、沉淀態(tài)、有機結合態(tài)、殘渣態(tài)7種形態(tài)；或者劃分為水溶態(tài)、交換態(tài)、沉淀態(tài)、有機結合態(tài)、殘渣態(tài)5種。歐盟一般應用BCR三步順序法，它將環(huán)境中的重金屬形態(tài)歸結為弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)3種。

陳英旭等[12]對提取劑的選擇進行了研究，發(fā)現(xiàn)以1 mol·L -1NH4Ac、2 mol·L -1 hCl和5%H2O2-2 mol·L -1 hCl分別提取鉻的交換態(tài)、沉淀態(tài)和有機結合態(tài)，實驗結果表明：在用1 mol·L -1 mgCl2提取土壤中交換態(tài)鉻時會影響下一步的提取，提取效果沒有1 mol·L -1NH4Ac的效果好，土壤中鉻主要以沉淀態(tài)鉻和殘渣態(tài)鉻形式存在。降低土壤的pH值，水溶態(tài)和交換態(tài)含鉻量增加，沉淀態(tài)和殘渣態(tài)鉻含量降低。

劉云惠等對河北棕壤、褐土和潮土中鉻的吸附特性進行研究，研究人員按7種形態(tài)的劃分對水溶態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)、沉淀態(tài)、有機結合態(tài)和殘渣態(tài)進行提取，發(fā)現(xiàn)鉻在土壤中以殘渣態(tài)、沉淀態(tài)和有機結合態(tài)存在，其中殘渣態(tài)占鉻的50%以上；土壤中鉻的分布為殘渣態(tài)>沉淀態(tài)>有機結合態(tài)>碳酸鹽結合態(tài)>鐵錳氧化物結合態(tài)>交換態(tài)>水溶態(tài)[13]。劉雪等（2010）選用3中不同的鉻渣污染土壤，通過調(diào)節(jié)pH值和有機質(zhì)含量研究土壤中鉻的價態(tài)和形態(tài)。實驗選用了BCR三步順序提取法，隨pH降低和有機質(zhì)投入量的增加，酸可提取態(tài)鉻含量減小，可氧化態(tài)鉻增加，可還原態(tài)略有增加，表明酸性條件和有機質(zhì)有利于Cr（VI）的還原和酸可提取態(tài)鉻向可還原態(tài)和可氧化態(tài)鉻的

轉化。

參考文獻

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