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模拟酸雨条件下可变电荷土壤中重金属离子的反应动力学

作　者: 孙志成
导　师: 蒋新；周立祥
学　校: 南京农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 模拟酸雨能量特征表面反应动力学 Cu2+ Pb2+
分类号: X131.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文紧扣我国土壤酸化过程中的环境问题，用自制的流动搅动的动力学装置研究模拟酸雨条件下可变电荷土壤表面重金属Cu、Pb的反应动力学特征，结果总结如下：流动搅动法的动力学实验装置，与传统的化学动力学研究方法相比，如间歇法和流动法，克服了两方法中的缺点，其优点是溶液与土壤充分混合；解吸下来的离子迅速流出；解决了颗粒堵塞问题；一次实验能获取大量数据，且数控计滴自动部分收集器的设计取样时间间隔稳定，可避免人为引起的时间误差，保证以恒定的流速（或流量）自动收集流出液。红壤表面H⁺-Cu2²⁺和H⁺-Pb²⁺的反应动力学结果表明：随溶液酸度的增加，Cu²⁺的最大吸附量显著降低；且随温度升高，Cu²⁺、Pb²⁺吸附的快反应速率增加；离子在颗粒内的扩散是Cu²⁺、Pb²⁺吸附反应速率控制步，扩散速率常数随酸度的增加而下降。Cu²⁺、Pb²⁺的吸附机理与土壤表面酸度密切相关。流入液pH值为4．3和5．5时，红壤表面有H⁺的释放；流入液pH值为3．8和3．3时，红壤表面存在H⁺的消耗。引入过渡态理论研究Cu²⁺、Pb²⁺在红壤表面的能量特征，结果表明：随酸度的增加，Cu²⁺、Pb²⁺的吸附活化能增加，Cu²⁺、Pb²⁺扩散速率降低，但升高温度可促进Cu²⁺、Pb²⁺的扩散；活化熵变均为负值，说明吸附反应使体系有序度增加。表面H⁺释放需要较大的热能，升高温度能加速H⁺的扩散。H⁺消耗的活化能低于H⁺释放的活化能，这更有利于H⁺的吸附，这种吸附造成H⁺对矿物的溶解，且H⁺对矿物的溶蚀将成为速率控制步骤。模拟酸雨下还探讨了可变电荷土壤对Cu²⁺、Pb²⁺的吸附机理：Cu²⁺、Pb²⁺的吸附动力学能很好地用一级动力学方程、抛物线扩散方程和Elovich方程拟合。随溶液酸度的增加，Cu²⁺、Pb²⁺的最大吸附量显著降低，Cu²⁺、Pb²⁺吸附反应速率控制步骤是离子在颗粒内的扩散，扩散速率常数随酸度的增加而下降。酸溶液pH值为4．3和5．5时，有H⁺的释放，H⁺的表观释放量能用一级动力学方程和扩散方程拟合，酸溶液pH值为3．8和3．3时，有H⁺的消耗，H⁺消耗总量看作表观消耗量，用一级动力学方程、Elovich方程和扩散方程进行拟合。比较相关系数和标准误差的大小，这5种动力学模型进行拟合均得到较满意的结果。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
Ⅰ 文献综述  9-18
  1 引言  9-10
  2 我国酸雨的概况及特点  10-12
    2.1 我国酸雨的概况  10
    2.2 我国酸雨的特点  10-12
      2.2.1 形成特点  10-12
        2.2.1.1 土壤性质  11
        2.2.1.2 大气颗粒物的含量及其酸化缓冲能力  11-12
        2.2.1.3 气象条件对酸雨形成的影响  12
      2.2.2 我国酸雨的发展趋势  12
  3 酸雨对污染土壤中重金属的影响  12-14
    3.1 酸雨对重金属活性的影响  12-13
    3.2 酸雨对重金属形态与迁移的影响  13-14
  4 动力学研究的进展  14-18
    4.1 研究方法  14
    4.2 常用动力学方程  14-18
      4.2.1 一级动力学方程  15
      4.2.2 Elovich方程  15-16
      4.2.3 抛物线扩散方程  16
      4.2.4 双常数方程  16-17
      4.2.5 二级动力学方程  17-18
Ⅱ 引言  18-20
Ⅲ 材料和方法  20-23
  1 供试土壤及模拟酸雨的配制  20-21
    1.1 供试土壤  20
    1.2 模拟酸雨的配制  20-21
  2 动力学实验  21-22
    2.1 动力学实验装置  21
    2.2 反应池结构  21
    2.3 Cu~(2+)吸附动力学实验  21-22
      2.3.1 Cu~(2+)吸附动力学实验(一)  21-22
      2.3.2 Cu~(2+)吸附动力学实验(二)  22
    2.4 Pb~(2+)吸附动力学实验  22
      2.4.1 Pb~(2+)吸附动力学实验(一)  22
      2.4.2 Pb~(2+)吸附动力学实验(二)  22
  3 测定分析方法  22-23
Ⅳ 结果与分析  23-54
  1 模拟酸雨条件下红壤表面Cu~(2+)反应动力学的能量特征  23-32
    1.1 Cu~(2+)的吸附动力学特征  23
    1.2 Cu~(2+)的吸附动力学模型  23-25
    1.3 Cu~(2+)的吸附动力学能量特征  25-27
    1.4 Cu~(2+)吸附中H~+的变化  27-32
      1.4.1 Cu~(2+)吸附过程中H~+释放的动力学及能量特征  28-30
      1.4.2 Cu~(2+)吸附过程中H~+消耗的动力学及能量特征  30-32
  2 酸沉降可变电荷土壤对Cu~(2+)吸附特征及反应动力学  32-39
    2.1 Cu~(2+)的吸附动力学模型  32-35
    2.2 Cu~(2+)离子吸附中H~+的变化  35-39
      2.2.1 Cu~(2+)吸附过程中H~+释放的动力学  36-37
      2.2.2 Cu~(2+)吸附过程中H~+消耗的动力学  37-39
  3 酸沉降下红壤表面H~+-Pb~(2+)反应动力学的能量特征  39-48
    3.1 Pb~(2+)的吸附动力学特征  39-40
    3.2 Pb~(2+)的吸附动力学模型  40-42
    3.3 Pb~(2+)的吸附动力学能量特征  42-43
    3.4 Pb~(2+)离子吸附中H~+的变化  43-48
      3.4.1 Pb~(2+)吸附过程中H~+释放的动力学及能量特征  44-45
      3.4.2 Pb~(2+)吸附过程中H~+消耗的动力学及能量特征  45-48
  4 模拟酸雨条件下可变电荷土壤对Pb~(2+)吸附特征及反应动力学  48-54
    4.1 Pb~(2+)的吸附动力学模型  48-50
    4.2 Pb~(2+)离子吸附中H~+的变化  50-54
      4.2.1 Pb~(2+)吸附过程中H~+释放的动力学  51-52
      4.2.2 Pb~(2+)吸附过程中H~+消耗的动力学  52-54
Ⅴ 全文结论  54-56
参考文献  56-60
附录 Ⅰ  60-61
附录 Ⅱ  61

模拟酸雨条件下可变电荷土壤中重金属离子的反应动力学

内容摘要

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