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粘土矿物及土壤无机相对稀土元素La、Nd的吸附性研究

作　者: 魏斌
导　师: 张自立
学　校: 安徽农业大学
专　业: 环境科学
关键词: 镧钕粘土矿物土壤无机相吸附
分类号: X131.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文采用振荡平衡法，研究高岭土、膨润土、凹凸棒石、蒙脱石、伊利石和绿泥石等六种粘土矿物以及红壤、黄褐土、砂姜黑土等三种不同土壤的无机相对低浓度的两种轻稀土元素镧（La）、钕(Nd)的吸附性特征；同时比较它们在稀土元素镧（La）、钕(Nd)混合体系中和单一体系中的吸附性异同，判别两种稀土元素的吸附行为间是否存在协同、竞争、拮抗和抑制等作用。ICP测定培养溶液的平衡浓度和吸附量，绘制各自的等温吸附曲线并拟合吸附热力学方程。得出以下研究结果：1.在低浓度稀土元素镧（La）或钕(Nd)的单一体系中：①。六种粘土矿物对稀土元素（La、Nd)具有良好的吸附性能，其中，Langmuir方程能较好地描述低浓度条件下高岭土、凹凸棒石、绿泥石、膨润土等粘土矿物对稀土元素（La、Nd)的等温吸附过程；蒙脱石对低浓度稀土元素（La、Nd)的等温吸附过程则能被Frendlich方程更好地描述。②六种粘土矿物对稀土元素（La、Nd)的吸附性能大小排序为：蒙脱石＞膨润土＞伊利石＞绿泥石＞凹凸棒石＞高岭土。吸附性能的差异主要由矿物的结构决定，即大体上2:1型粘土矿物＞2:1:1型粘土矿物＞双链型粘土矿物＞1:1型粘土矿物。③粘土矿物对稀土元素的单位吸附量小于腐殖酸，但由于自然土壤中的粘土矿物含量远大于腐殖酸，对于残留在土壤中的外源稀土来说，吸附总量以粘土矿物为主。④土壤无机相对稀土元素的单位吸附量小于纯的粘土矿物；从相关系数上考虑，Langmuir方程能较好地描述低浓度条件下三种土壤无机相对稀土元素（La、Nd)的等温吸附过程。⑤三种土壤无机相对稀土元素La的吸附性能大小排序为：黄褐土＞砂姜黑土＞红壤；而对稀土元素Nd的吸附性能则体现两个阶段：即低浓度区域，黄褐土＞砂姜黑土＞红壤；高浓度区域，红壤＞黄褐土＞砂姜黑土。2.在低浓度稀土元素镧（La）、钕(Nd)的混合体系中：①Langmuir方程能较好地描述低浓度条件下高岭土、凹凸棒石、绿泥石等三种粘土矿物在混合体系中对稀土元素La、Nd以及两种稀土元素总量的等温吸附过程；蒙脱石和膨润土对低浓度稀土元素（La、Nd)的等温吸附过程则能被Frendlich方程较好地描述。②六种粘土矿物的稀土元素总量（La、Nd)吸附性能大小排序为：蒙脱石＞膨润土＞伊利石＞凹凸棒石＞高岭土＞绿泥石。大体上还是2:1型粘土矿物＞双链型粘土矿物＞1:1型粘土矿物＞2:1:1型粘土矿物。③除高岭土外，总体上其余五种粘土矿物在低浓度混合稀土体系中对镧和对钕的吸附作用属独立作用，对镧和钕的吸附量符合3:2的比例，与培养环境一致。其对稀土元素的吸附总量基本可由单一体系中的吸附量按镧：钕3:2的比例计算得出。④高岭土在稀土元素混合体系中，镧的吸附行为对钕的吸附行为产生协同作用；凹凸棒石的镧、钕吸附行为在不同浓度段存在协同作用和拮抗作用；绿泥石的吸附过程这一作用则为拮抗作用。⑤三种土壤无机相对稀土元素（La、Nd)的等温吸附过程，均能被Langmuir方程较好地描述。三种土壤无机相的混合稀土元素La、Nd总量吸附性能大小排序为：黄褐土无机相＞砂姜黑土＞红壤无机相。⑥红壤无机相对稀土元素镧和钕的吸附作用间存在拮抗作用；黄褐土和砂姜黑土无机相的吸附过程中的镧、钕吸附行为则是竞争关系。它们对稀土元素的吸附总量在高浓度区不能简单的由单一体系中的吸附量按镧：钕3:2的体系计算得出。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 文献综述  9-15
  1.1 稀土元素概述  9-11
    1.1.1 稀土元素简介  9
    1.1.2 稀土元素应用现状  9-10
    1.1.3 稀土元素农用理论研究  10-11
  1.2 粘土矿物概况  11-14
    1.2.1 土壤胶体简介  11
    1.2.2 土壤胶体的吸附性  11
    1.2.3 粘土矿物简介  11-13
    1.2.4 粘土矿物的吸附性研究概况  13-14
  1.3 外源稀土元素在土壤中的归趋研究概况  14
  1.4 研究目的和意义  14-15
2 粘土矿物对低浓度稀土元素 La、Nd 的吸附研究  15-33
  2.1 引言  15
  2.2 实验部分  15-18
    2.2.1 材料和预处理  15-16
    2.2.2 仪器  16
    2.2.3 实验条件  16
    2.2.4 实验方法  16-17
    2.2.5 粘土矿物对稀土元素 La~(3+)、 Nd~(3+)的吸附特征的表示  17-18
    2.2.6 数据处理  18
    2.2.7 实验流程图  18
  2.3 结果与讨论  18-31
    2.3.1 粘土矿物对低浓度稀土元素 La （ Nd ）单一体系的吸附性研究  18-24
    2.3.2 粘土矿物对低浓度稀土元素 La、Nd 混合体系的吸附性研究  24-31
  2.4 结论  31-33
    2.4.1 粘土矿物对低浓度稀土元素 La（Nd）单一体系的吸附性研究结论  31
    2.4.2 粘土矿物对低浓度稀土元素 La、Nd 混合体系的吸附性研究结论  31-33
3 土壤无机相对稀土元素 La、Nd 的吸附性研究  33-46
  3.1 引言  33
  3.2 实验部分  33-36
    3.2.1 材料和预处理  33-34
    3.2.2 仪器  34
    3.2.3 实验条件  34
    3.2.4 实验方法  34
    3.2.5 土壤无机相的稀土元素 L a3 +、 N d3 +吸附特征表示  34-35
    3.2.6 数据处理  35
    3.2.7 实验流程图  35-36
  3.3 结果与讨论  36-44
    3.3.1 三种土壤无机相粘粒组成 X 射线衍射分析结果  36
    3.3.2 三种土壤无机相对低浓度稀土元素 La（Nd）单一体系的吸附性研究  36-40
    3.3.3 三种土壤无机相对低浓度稀土元素 La、Nd 混合体系的吸附性研究  40-44
  3.4 结论  44-46
    3.4.1 三种土壤无机相对低浓度稀土元素 La（Nd）单一体系的吸附性研究结论  44-45
    3.4.2 三种土壤无机相对低浓度稀土元素 La、Nd 混合体系的吸附性研究结论  45-46
参考文献  46-50
附表附图  50-56
致谢  56-57
作者简介  57

粘土矿物及土壤无机相对稀土元素La、Nd的吸附性研究

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