李麗，劉中,寧陽,李朝麗*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201； 2.寧波市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，浙江 寧波 315012)

不同類型粘土礦物對鎘吸附與解吸行為的研究

李麗1，劉中2,寧陽1,李朝麗1*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201； 2.寧波市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，浙江 寧波 315012)

[目的]揭示鎘在土壤環(huán)境中的化學(xué)行為。[方法]采用批量吸附試驗(yàn)研究了4種不同類型的粘土礦物：蒙脫石、高嶺石、針鐵礦、三水鋁石對鎘的吸附與解吸特性，同時(shí)探討了礦物用量及pH對鎘吸附的影響。[結(jié)果]與Freundlich方程相比，Langmuir方程(R2>0.98)能較好的表征4種礦物對鎘的吸附行為 ，說明礦物對鎘的吸附是單層吸附。4種礦物對鎘的最大吸附量大小為：蒙脫石(32.62 mg·g-1)>針鐵礦(11.52 mg·g-1)>高嶺石(7.99 mg·g-1)>三水鋁石(6.29 mg·g-1)。4種礦物對鎘的解吸率范圍分別為：蒙脫石(19.99%～32.77%)、高嶺石(13.48%～19.09%)、針鐵礦(2.02%～3.48%)、三水鋁石(1.09%～2.43%)。隨pH升高蒙脫石、高嶺石、針鐵礦對鎘的吸附量均呈增長趨勢，而三水鋁石基本保持不變。礦物用量在10.0 g·L-1時(shí)，針鐵礦對鎘的吸附率達(dá)72.8%，與蒙脫石相近(79.1%)。[結(jié)論]針鐵礦吸附率較高，而解吸率低，是一種較好的吸附劑。

鎘；粘土礦物；吸附；解吸；pH；礦物用量

鎘是一種非必需且蓄積性強(qiáng)、毒性持久、對人體與動(dòng)物危害極大的元素[1]。據(jù)2014年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的全國土壤污染狀況調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在所有污染物中鎘污染點(diǎn)位超標(biāo)率最大，達(dá)到7.0%[2]。另外，鎘對水體污染較嚴(yán)重，黃海濤[3]等研究表明：黃埔江干流表層沉積物中Cd超背景值2倍；蘇州河中，Cd為75%超標(biāo)。因此，鎘污染問題已引起人們的高度重視。

目前，已有許多技術(shù)用于去除環(huán)境中重金屬，如化學(xué)沉淀、離子交換、溶劑提取法等。吸附是去除重金屬的一種低成本高效益的可行方法。近幾年來，粘土礦物由于具有比表面積大、陽離子交換量高、吸附性能強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，已逐漸成為新型高效吸附材料開發(fā)的熱點(diǎn)[4,5]。吸附與解吸是影響重金屬在環(huán)境中的濃度、生物有效性及其遷移轉(zhuǎn)化的重要因素，該過程受礦物類型、礦物用量、pH、溫度、離子強(qiáng)度、重金屬濃度等的影響[6～10]。如何宏平[11]、Bhattacharyya[5]、朱霞萍[12]等研究了高嶺石、蒙脫石對鎘的吸附行為，表明不同礦物對鎘的吸附能力不同。G. Mustafa等[13～15]研究了針鐵礦對鎘的吸附及pH對鎘吸附的影響。曾祥峰[16]研究了堿性鹽化條件下，pH、礦物用量、時(shí)間、鎘離子初始濃度對蒙脫石和伊利石吸附鎘的影響。但對于不同類型礦物對鎘吸附與解吸行為比較的研究相對較少。為了明確不同類型礦物對鎘去除的影響，本研究分別以2種層狀硅酸鹽礦物∶高嶺石(1∶1型粘土礦物)、蒙脫石(2∶1型粘土礦物)及針鐵礦(鐵氧化物)和三水鋁石(鋁氫氧化物)作為粘土礦物的代表，探討不同礦物對鎘的吸附與解吸行為，并研究了礦物用量與pH對礦物吸附鎘行為的影響，以期為鎘污染修復(fù)與治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)所用高嶺石產(chǎn)自廣東茂名，蒙脫石產(chǎn)自四川綿陽。

蒙脫石、高嶺石膠體的制備(沉降法)：取50 g 60目篩的風(fēng)干土壤礦物(蒙脫石、高嶺石)于高型燒杯中，加適量去離子水，攪拌均勻，超聲分散2 h后，加NaOH調(diào)節(jié)pH到8.5左右，再進(jìn)行超聲分散。然后用沉降虹吸法分離出<2m的組分(即為膠體)。然后加水?dāng)嚢柙儆贸两岛缥ǚ蛛x，如此反復(fù)多次，直至加水?dāng)嚢璩两盗艘?guī)定時(shí)間后上層溶液基本澄清無膠體為止。向稀的膠體中加入幾滴鹽酸使其絮凝，傾去上層清液，如此反復(fù)濃縮后電析，風(fēng)干，磨細(xì)過60目篩備用[17]。

氧化物類粘土礦物針鐵礦和三水鋁石的制備采用化學(xué)合成法。

針鐵礦的制備：稱取50 g的Fe(NO3)3·9H2O于5 000 mL大燒杯中，加水大約是Fe(NO3)3·9H2O的17倍體積攪動(dòng)使其充分溶解，劇烈攪拌下，以5 mL·min-1的速度滴加2.5 mol·L-1NaOH直至溶液pH稍高于12(用pH電極測定)即可，然后將此溶液放入恒溫箱中60 ℃老化24 h，期間攪動(dòng)幾次；棄去上清液后用蒸餾水洗幾次，后電滲析處理，檢驗(yàn)合格后，60 ℃紅外燈下烘干，磨細(xì)過60目篩備用[18]。

三水鋁石的制備：稱取100 g的 AlCl3·6H2O于5 000 mL刻度大燒杯中，加適量水(此時(shí)溶液濃度為1 mol·L-1)，溶解后在攪動(dòng)下均勻地滴加4 mol·L-1NaOH直至pH穩(wěn)定在4.6，然后放入恒溫箱內(nèi)40 ℃老化2 h取出，然后進(jìn)行電滲析處理；檢驗(yàn)合格后風(fēng)干，磨細(xì)過60目篩備用[19]。

供試粘土礦物的基本性質(zhì)見表1，礦物掃描特征見圖1。

表1 材供試礦物基本理化性質(zhì)積

Table 1 Physical and chemical properties of the minerals samples

礦質(zhì)膠體Colloids比表面積/m2·g-1Surfacearea陽離子交換量/cmol·kg-1CEC電荷零點(diǎn)Zeropointcharge粒徑/nmparticalsize蒙脫石11091338163764高嶺石4741542125526針鐵礦1251157522159三水鋁石103106012536

圖1 高嶺石(a)、蒙脫石(b)、針鐵礦(c)、與三水鋁石(d)的掃描電鏡圖Fig.1 SEM micrographs of kaolinite(a)，montmorillonite(b)， goethite(c) and gibbsite

1.2 試驗(yàn)藥品

試驗(yàn)所用藥品：Cd(NO3)2·2.5H2O(優(yōu)級純)，NaNO3、NaCl均為分析純。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 等溫吸附試驗(yàn)

稱取0.050 0 g 高嶺石、蒙脫石、針鐵礦和三水鋁石于50 mL 聚乙烯塑料離心管中，依次加入25 mL初始濃度分別為1、5、10、20、50、100、200、500 mg·g-1的Cd(NO3)2溶液，以0.01 mol·L-1的NaNO3溶液作為支持電解質(zhì)，用0.1 mol·L-1的HNO3和NaOH調(diào)節(jié)體系pH為5.5左右，在25 ℃條件下恒溫震蕩24 h，4 000 r·min-1下離心10 min，過0.45 μm濾膜，用ICP-OES法測定濾液中Cd(Ⅱ)濃度。

根據(jù)加入液和平衡液的濃度差按下式計(jì)算礦物對重金屬離子的吸附量：

(1)

式中，qe為平衡時(shí)單位質(zhì)量的礦物吸附的鎘的質(zhì)量/mg·g-1；C0為初始溶液的Cd(Ⅱ)質(zhì)量濃度/mg·L-1，Ce為平衡時(shí)溶液的Cd(Ⅱ)質(zhì)量濃度/mg·L-1，V為溶液體積/L，m為土壤礦物質(zhì)量/g。

1.3.2 解吸試驗(yàn)

向吸附反應(yīng)后的礦物殘?jiān)尤?5 mL 0.1 mol·L-1的NaCl溶液，解吸振蕩24 h，4 000 r·min-1離心10 min后過0.45 μm濾膜，測定濾液中Cd(Ⅱ)濃度。用稱重法扣除解吸前殘?jiān)鼩埩粢褐蠧d進(jìn)而計(jì)算解吸量。

1.3.3 pH對礦物吸附鎘的影響

稱取0.0500 g 的粘土礦物于50 mL聚乙烯塑料離心管中，加入初始pH 分別為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0，Cd(Ⅱ) 濃度為100 mg·L-1的Cd(NO3)2溶液進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，其間用稀HNO3和 NaOH 反復(fù)調(diào)節(jié)pH，使平衡溶液pH與初始pH基本一致。測定濾液中Cd(Ⅱ)濃度。

1.3.4 礦物濃度對礦物吸附鎘的影響

分別稱取0.020、0.040、0.100、0.200 礦物樣品，加入初始濃度為100 mg·L-1Cd(Ⅱ)溶液20 mL，以0.01 mol·L-1的NaNO3溶液為背景電解質(zhì)，調(diào)節(jié)體系pH為5.0。在25 ℃條件下恒溫振蕩24 h，4 000 r·min-1下離心10 min，過0.45 μm濾膜，測定濾液中Cd(Ⅱ)濃度。

1.4 礦物理化性質(zhì)測定指標(biāo)及方法

采用多次KCl吸附平衡-高濃度NH4NO3取代法測定陽離子交換量(CEC)[20]；BET法測定吸附劑的比表面積[21]；微電泳法測定Zeta電位；激光粒度分析儀測定吸附劑粒徑；掃描電鏡觀察吸附劑表觀特征。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，origin 8.0繪圖軟件對等溫線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。所有試驗(yàn)處理均重復(fù)3次，文中結(jié)果均為重復(fù)的平均值，圖中標(biāo)出了試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種粘土礦物對鎘的等溫吸附

在25 ℃、pH 5.5、離子強(qiáng)度為0.01 mol·L-1條件下，供試4種粘土礦物對不同濃度Cd2+的吸附等溫線如圖2所示。由圖2可以看出：隨著平衡液Cd2+濃度增加，礦物對Cd2+的吸附量逐漸增加。Cd2+濃度較低時(shí)，吸附量隨Cd2+濃度增加較快，且蒙脫石對鎘的吸附量增幅最大。當(dāng)平衡液中Cd2+濃度大于100 mol·L-1時(shí)，Cd2+的吸附量逐漸趨于平衡。

圖2 4種礦物對鎘的吸附等溫線Fig.2 Cd(Ⅱ) adsorption equilibrium curve of four soil minerals

分別應(yīng)用Langmuir和Freundlich兩種等溫吸附方程對吸附過程進(jìn)行擬合。

Langmuir方程 ：ce/qe=ce/qm+1/Kqm

(2)

Freundlich方程：qe=kf+ce/n

(3)

式中：Ce為吸附平衡時(shí)金屬離子濃度/ mg·L-1；qe為吸附平衡時(shí)的吸附量 /mg·L-1；qm為最大吸附量/ mg·L-1；k為langmuir常數(shù)；kf、n為Freundlich特征常數(shù)。

由表2中R2可知，與Freundlich方程相比，Langmuir方程能較好的表征4種礦物對鎘的吸附行為(R2>0.98)，說明其對鎘的吸附為單層吸附。4種礦物對鎘的吸附量變化趨勢均表現(xiàn)為先增加后趨于平衡，這是由于在一定條件下，礦物對鎘的吸附位點(diǎn)一定，隨著鎘離子質(zhì)量濃度增加，鎘的吸附量逐漸增加，而吸附位點(diǎn)逐漸減少，礦物對鎘吸附量的增幅減小。4種礦物對Cd(Ⅱ)的飽和吸附量分別為：蒙脫石(32.62 mg·g-1)>針鐵礦(11.52 mg·g-1)>高嶺石(7.99 mg·g-1)>三水鋁石(6.29 mg·g-1)。該研究結(jié)果與方臨川[22]對礦物吸附鎘的研究結(jié)果一致，結(jié)果表明蒙脫石、高嶺石、針鐵礦對鎘的最大吸附量大小為：蒙脫石>針鐵礦>高嶺石。

表2 4種礦物吸附Cd(Ⅱ)等溫方程擬合參數(shù)

Table 2 Parameters of various models for Adsorption of four minerals

礦物SoilmineralLangmuir方程LangmuirequationFreundlich方程FreundlichequationKqmR2kf1/nR2蒙脫石002932620990138905780976高嶺石00587990997074304590854針鐵礦004311520987100604530889三水鋁石00636290996056004670877

2.2 等溫解吸曲線

4種礦物對鎘的等溫解吸與解吸率曲線如圖3所示，可以看出：隨著Cd2+濃度的增加，礦物對鎘的解吸量逐漸上升，但4種礦物對鎘的解吸量增幅不同，其中蒙脫石的增幅最大。蒙脫石、高嶺石、針鐵礦和三水鋁石的解吸量分別在0.075～6.135，0.036～1.053，0.006～0.317，0.004～0.169 mg·g-1之間。其解吸量的大小表現(xiàn)為：蒙脫石>高嶺石>針鐵礦≈三水鋁石。

圖3 4種礦物對Cd(Ⅱ)的等溫解吸與解吸率曲線Fig.3 Desorption equilibrium curve and desorption rate of cadmium of four soil minerals

對礦物鎘吸附量與解吸量進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(表3)，4種礦物對鎘的解吸量均隨鎘吸附量的增加而增加，兩者間呈線性正相關(guān)。但被礦物吸附的鎘不能完全解吸，4種礦物對鎘的解吸能力不同。蒙脫石的解吸率在19.99%～32.77%之間，高嶺石在13.48%～19.09%之間；針鐵礦在2.02%～3.48%之間；三水鋁石的在1.09～2.43%之間。 Cd濃度小于20 mg·L-1時(shí)，4種礦物對鎘的解吸率均隨鎘濃度的增加而增加。Cd濃度超過20 mg·L-1，除蒙脫石外，其他3種礦物的解吸率均有所下降。

表3 等溫吸附-解吸曲線回歸方程及相關(guān)性分析

Table 3 linear regression equation and correlation analysis between adsorption and desorpyion

礦物Soilmineral回歸方程RegressionequationR2Correlationcoefficient蒙脫石y=05920x+0193709774高嶺石y=00051x+0185709961針鐵礦y=00190x+0005109145三水鋁石y=00241x+0001909870

2.3 pH對礦物吸附Cd的影響

圖4為蒙脫石、高嶺石、針鐵礦和三水鋁石的Cd(Ⅱ)的吸附量隨pH的變化趨勢。從圖中可以看出，pH在2～7范圍內(nèi)蒙脫石、高嶺石、針鐵礦3種礦物對Cd(Ⅱ)的吸附量隨pH的增加而不同程度地增加。pH為7.0時(shí)蒙脫石、高嶺石、針鐵礦對Cd的吸附量分別是pH為2.0時(shí)的50倍、2倍、4倍。而三水鋁石在pH在2～7范圍內(nèi)Cd的吸附量基本上無變化，這可能是三水鋁石的陽離子交換量(CEC)最低，僅為1.0 cmol·kg1，三水鋁石帶正電荷，pH的變化對其吸附鎘影響較小。

圖4 pH對Cd(Ⅱ)吸附量的影響Fig.4 Influence of pH on the adsorption capacity of Cd( Ⅱ) on minerals

2.4 礦物用量對鎘吸附的影響

蒙脫石、高嶺石、針鐵礦和三水鋁石4種礦物用量對鎘吸附率及吸附量的影響如圖5所示。從圖中可知，隨礦物用量的增加，蒙脫石、高嶺石、針鐵礦和三水鋁石對鎘吸附率均不同程度增加，這是由于礦物用量增加，礦物對鎘的吸附位點(diǎn)增加。當(dāng)?shù)V物用量為0.2 g時(shí)，蒙脫石和針鐵礦對鎘的吸附率較相近，分別為：79.1%，72.8%；而高嶺石、三水鋁石對鎘的吸附率較低，分別為：26.3%，10.3%。隨礦物用量的增加，單位質(zhì)量的蒙脫石對鎘的吸附量逐漸減少；這可能是由于鎘吸附量增加量小于礦物用量的增加，所以其吸附量呈下降趨勢。

圖5 礦物用量對4種礦物鎘吸附量的影響Fig.5 Influence of total quantity of the added minerals on cadmium adsorptionby four minerals

3 討論

3.1 不同粘土礦物對鎘吸附行為的影響

固相物對重金屬離子的吸附分為：靜電吸附和專性吸附。靜電吸附是由靜電引力所產(chǎn)生的交換吸附，與礦物所帶永久電荷量有關(guān)。專性吸附是由于土壤膠體表面與重金屬離子之間的某種化學(xué)作用發(fā)生吸附，受可變電荷表面電量控制[23]。蒙脫石是2∶1型層狀硅酸鹽粘土礦物，以永久電荷表面為主，其晶體結(jié)構(gòu)中廣泛存在類質(zhì)同象置換，與重金屬離子間交換作用較強(qiáng)[11,13]。騰飛等[24～26]研究發(fā)現(xiàn)，蒙脫石的層間存在陽離子，溶液中的重金屬離子與蒙脫石層間的陽離子間可發(fā)生交換反應(yīng)。而高嶺石屬于1∶1型層狀硅酸鹽礦物，永久性電荷量少。其晶體結(jié)構(gòu)中類質(zhì)同象置換較少，層與層之間靠氫鍵聯(lián)結(jié)，層間不存在交換性陽離子。Cd2+易與其邊面羥基進(jìn)行配位反應(yīng)，以化學(xué)吸附的方式被吸附在高嶺石表面[27,28]。針鐵礦、三水鋁石屬于水合氧化物型表面，金屬離子可與其表面大量的羥基(-OH)進(jìn)行配位體交換，直接通過共價(jià)鍵或配位鍵結(jié)合在礦物表面[11]。在溫度25 ℃、pH 5.5、離子強(qiáng)度為0.01 mol·L-1條件下，4種礦物對鎘的吸附量從大到小依次為：蒙脫石、針鐵礦、高嶺石、三水鋁石，這與其表面性質(zhì)及其與鎘發(fā)生的吸附類型有關(guān)。該實(shí)驗(yàn)條件下，蒙脫石、高嶺石表面帶負(fù)電荷，而針鐵礦和三水鋁石表面帶正電荷。CEC反映粘土礦物的負(fù)電荷量，CEC越高，負(fù)電荷量越高，對鎘的靜電作用越強(qiáng)，進(jìn)而對鎘離子的吸附量越大。4種礦物的CEC大小為：蒙脫石(133.8 cmol·kg-1)>高嶺石(15.4 cmol·kg-1)>針鐵礦(15 cmol·kg-1)>三水鋁石(1.0 cmol·kg-1)。何宏平[11,16]研究了蒙脫石、高嶺石和伊利石對Cd等重金屬的吸附，結(jié)果表明礦物對鎘的吸附量與CEC呈正相關(guān)。而本研究中針鐵礦對鎘的吸附量大于高嶺石，這可能與礦物比表面積有關(guān)。一般來說，表面積越大，礦物表面吸附位點(diǎn)越多，從而使其吸附能力越強(qiáng)[29]。

3.2 不同粘土礦物對鎘解吸行為的影響

本試驗(yàn)中蒙脫石、高嶺石、針鐵礦和三水鋁石對鎘解吸量及吸附率大小為：蒙脫石最大，高嶺石次之，針鐵礦和三水鋁水最小，這與鎘在礦物表面的吸附特性有關(guān)。Cd可通過靜電作用與帶負(fù)電荷的蒙脫石、高嶺石發(fā)生靜電吸附而形成外層絡(luò)合物，為可逆反應(yīng)，易解吸。高嶺石外表面分布有大量羥基， 表面絡(luò)合模型也被用來描述高嶺石對Cd的專性吸附行為，該吸附特性與金屬氧化物類似，吸附的鎘離子難解吸。吳宏海[30]等的研究表明，Pb2+能與高嶺石表面羥基進(jìn)行配位反應(yīng)。針鐵礦和三水鋁石表面凈電荷為正，Cd只能通過專性吸附被礦物吸附，該吸附一般為不可逆吸附，難解吸。針鐵礦與三水鋁石之間解吸能力的微小差異，可能與針鐵礦晶體形成的凹槽及鐵氧鍵、鋁氧鍵鍵能不同等有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步研究。

3.3 pH對Cd(Ⅱ)吸附的影響

pH對Cd(Ⅱ)吸附影響的研究結(jié)果表明，4種礦物對鎘的吸附量隨pH的升高而增加，這可能與礦物表面等電點(diǎn)等有關(guān)。蒙脫石、高嶺石、針鐵礦和三水鋁石4種礦物的等電點(diǎn)分別為：1.63，2.12，7.52，6.01(見表1)。pH改變會導(dǎo)致礦物表面電荷發(fā)生變化。當(dāng)pHPZC時(shí)，礦物表面帶有大量負(fù)電荷，更有利于對Cd2+吸附[31,32]。另外，層狀硅酸鹽礦物對Cd2+的吸附是通過Cd2+與層間陽離子的離子交換作用以及與邊面斷鍵處的羥基及八面體羥基的配位作用增加Cd2+的吸附量。蒙脫石與高嶺石對Cd2+的吸附量隨pH的升高而增加，可能是由于pH的增大，有利于Cd2+與邊緣Al—OH或Si—OH點(diǎn)位發(fā)生配位反應(yīng)[33,34]。Cd2+在鐵鋁氧化物上的吸附量隨pH增大而增加，是由于鎘與鐵鋁氧化物表面羥基發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，如：

Fe(Al)OOH+Cd2+→Fe(Al)OOCd++H+

pH增大有利于鐵鋁氧化物吸附點(diǎn)位Fe—OH與Al—OH與Cd2+的絡(luò)合，從而增加了對Cd2+的吸附[35,36]。此外，Cd2+的吸附量增加也可能是由于Cd2+的水解反應(yīng)。Cd2+水解產(chǎn)生CdOH+，pH增大導(dǎo)致CdOH+濃度迅速增加，CdOH+是單價(jià)態(tài)，接近礦物顆粒表面需克服的勢壘比Cd2+小，CdOH+在土壤粘土礦物吸附點(diǎn)位上親和力明顯高于Cd2+，對Cd2+的吸附力加強(qiáng)。所以，隨pH升高，羥基離子釋放，有利于鎘的吸附[37,38]。

4 結(jié)論

(1)在25 ℃、pH 5.5、離子強(qiáng)度0.01 mol·L-1，礦物用量為2 g·L-1時(shí)，4種粘土礦物對鎘的吸附是單層吸附，其飽和吸附量為：蒙脫石(32.62 mg·g-1)>針鐵礦(11.52 mg·g-1)>高嶺石(7.99 mg·g-1)>三水鋁石(6.29 mg·g-1)。

(2)與其他礦物相比，針鐵礦對鎘的吸附率高、解吸率低，因此，針鐵礦是一種較好的吸附劑。

(3)在pH為2.0～7.0，隨pH的增加，蒙脫石、高嶺石、針鐵礦4種礦物對鎘的吸附量均增加，pH=7.0時(shí)，蒙脫石、高嶺石、針鐵礦對Cd的吸附分別是pH 2.0時(shí)的50倍、2倍、4倍，而三水鋁石在整個(gè)pH范圍內(nèi)Cd吸附量變化不顯著。

(4)4種礦物對鎘的吸附率隨礦物用量增大而呈現(xiàn)不同上升趨勢，當(dāng)?shù)V物用量增加到0.2 g時(shí)，針鐵礦對鎘的吸附率達(dá)72.8%，與蒙脫石相近(79.1%)。

[1]杜麗娜,余若禎,王海燕,等.重金屬鎘污染及其毒性研究進(jìn)展[J].環(huán)境與健康雜志,2013,30(2):167-174.

[2]環(huán)境保護(hù)部,環(huán)境保護(hù)部和國土資源部發(fā)布全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)[EB/OL].2014-04-17[2016-05-28].http://www.zhb.gov.cn.

[3]黃海濤,梁延鵬,魏彩春,等.水體重金屬污染現(xiàn)狀及其治理技術(shù)[J].廣西輕工業(yè),2009(5):99-100.

[4]干方群,周健民,王火焰,等.不同粘土礦物對磷污染水體的吸附凈化性能比較[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(3):914-917.

[5]Bhattacharyya K G, Gupta S S. Adsorption of a few heavy metals on natural and modified kaolinite and montmorillonite: a review[J]. Advances in colloid and interface science,2008,140(2):114-131.

[6]Chen Y G, Ye W M, Yang X M, et al. Effect of contact time, pH, and ionic strength on Cd (II) adsorption from aqueous solution onto bentonite from Gaomiaozi, China[J]. Environmental earth sciences,2011,64(2):329-336.

[7]Chaves L H G, Tit G A. Cadmium and copper adsorption on bentonite: effects of pH and particle size[J]. Revista Ciência Agronmica,2011,42(2):278-284.

[8]Appel C, Ma L. Concentration, pH, and surface charge effects on cadmium and lead sorption in three tropical soils[J]. Journal of Environmental Quality,2002,31(2):581-589.

[9]李程峰,劉云國,曾光明,等.pH值影響Cd在紅壤中吸附行為的實(shí)驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,24(1):84-88.

[10]Naidu R, Bolan N S, Kookana R S, etal. Ionic-strength and pH effects on the sorption of cadmium and the surface charge of soils[J]. European Journal of Soil Science,1994,45(4):419-429.

[11]何宏平,郭九皋,朱建喜,等.蒙脫石、高嶺石、伊利石對重金屬離子吸附容量的實(shí)驗(yàn)研究[J].巖石礦物學(xué)雜志,2001,20(4):573-578.

[12]朱霞萍,德奎,李錫坤,等.鎘在蒙脫石等粘土礦物上的吸附行為研究[J].巖石礦物學(xué)雜志,2015,35(6):143-148.

[13]Mustafa G,Singh B, Kookana R S. Cadmium adsorption and desorption behaviour on goethite at low equilibrium concentrations: effects of pH and index cations[J]. Chemosphere,2004,57:1325-1333

[14]Zhu J, Huang Q, Pigna M, et al. Competitive sorption of Cu and Cr on goethite and goethite-bacteria complex[J]. Chemical Engineering Journal,2012,179:26-32.

[15]Hooda P S, Alloway B J. Cadmium and lead sorption behaviour of selected English and Indian soils[J]. Geoderma,1998,84(1):121-134.

[16]曾祥峰,張凱,于曉曼,等.堿性鹽化條件下蒙脫石和伊利石對鎘的吸附特征研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(6):2251-2257.

[17]熊毅,陳家坊.土壤膠體(第二冊)[M].北京:科學(xué)出版社,1985:335-385.

[18]Alkinson R J, Posner A M, Quirk J P. Adsorption of potential-determining ions at the ferric oxide aqueous electrolyte interface[J]. Journal of physical chemistry,1967,71:550-558.

[19]Kingston F J, Posner A M, QUIRK J P. Anion adsorption by goethite and gibbsite[J]. Journal of Soil Science,1972,23(2):177-192.

[20]李學(xué)垣.土壤化學(xué)及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1997:195-201.

[21]吳萍萍.不同類型礦物和土壤對砷的吸附-解吸研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2011.

[22]方臨川.重金屬與細(xì)菌—土壤活性顆粒微界面互作的分子機(jī)制[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[23]鄒獻(xiàn)中,徐建民,趙安珍,等.可變電荷土壤中銅離子的解吸[J].土壤學(xué)報(bào),2004,41(1):68-73.

[24]滕飛,李福春,吳志強(qiáng),等.高嶺石和蒙脫石吸附胡敏酸的對比研究[J].中國地質(zhì),2009,26(4):892-898.

[25]譚光群,李暉,彭同江.蛭石對重金屬離子吸附作用的研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版),2001,33(3):58-61.

[26]Oubagaranadin J U K, Murthy Z V P. Isotherm modeling and batch adsorber design for the adsorption of Cu (II) on a clay containing montmorillonite[J].Applied Clay Science,2010,50(3):409-413.

[27]董偉,黃江波．水溶液體系中高嶺石吸附Cu2+的研究[J].水資源保護(hù)，2006，22(2):68-83．

[28]何宏平,郭龍皋,謝先德,等.蒙脫石等粘土礦物對重金屬離子吸附選擇性的實(shí)驗(yàn)研究[J].礦物學(xué)報(bào),1999,19(2):231-235.

[29]XIONG Y. Research method of soil colloid[M].Beijing:Science Press,1985:276-295.

[30]吳宏海,劉佩紅,張秋云,等.高嶺石對重金屬離子的吸附機(jī)理及其溶液的pH條件[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào),2005,11(1):85-91.

[31]Ijagbemi C O, Baek M H, Kim D S. Montmorillonite surface properties and sorption characteristics for heavy metal removal from aqueous solutions[J].Journal of Hazardous Materials,2009,166(1):538-546.

[32]黃麗,劉暢,胡紅青,等.不同pH下有機(jī)酸對針鐵礦和膨潤土吸附Cd2+、Pb2+的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2007,44(4):643-649.

[33]劉娟娟,梁東麗,吳小龍,等.Cr(Ⅵ)對兩種黏土礦物在單一及復(fù)合溶液中Cu(Ⅱ)吸附的影響[J].環(huán)境科學(xué),2014,35(1):254-262.

[34]張會民,徐明崗,呂家瓏,等.pH對土壤及其組分吸附和解吸鎘的影響研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(z1):320-324.

[35]Granados-Correa F,Corral-Capulin N G,Olguín M T,et al.Comparison of the Cd (II) adsorption processes between boehmite (γ-AlOOH) and goethite (α-FeOOH)[J].Chemical Engineering Journal,2011,171(3):1027-1034.

[36]Wang Y, Tang X, Chen Y, et al. Adsorption behavior and mechanism of Cd (II) on loess soil from China[J]. Journal of Hazardous Materials,2009,172(1):30-37.

[37]宗良綱,徐曉炎.土壤中鎘的吸附解吸研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境,2003,12(3):331-335.

[38]Chaves L H G, Tit G A. Cadmium and copper adsorption on bentonite: effects of pH and particle size[J]. Revista Ciência Agronmica,2011,42(2):278-284.

(編輯：武英耀)

Study on cadmium adsorption-desorption behavior of diffrent clay minerals

Li Li1,Liu Zhong2，Ning Yang1，Li Zhaoli1*

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China； 2.Ningboenvironmentalprotectionscientificresearchanddesigninstitute,Ningbo315012,China)

[Objective]To study on cadmium chemical behavior in soils.[Methods]A batch adsorption experiment was used to investigate the adsorption-desorption of Cd(Ⅱ) on four clay minerals,such as kaolinite, montmorillonite,goethite and gibbsite．[Results]And the quantity of the added clay mineral and the impact of solution with various pH values on the adsorption of Cd(Ⅱ) on the four target mineral clays was investigated. The results showed that Langmuir equation was more accurately than the Freundlich equation in describing adsorption behavior of cadmium the sequence of the adsorption amounts of four clay minerals:montmorillonite(32.62 mg·g-1)>goethite(11.52 mg·g-1)>kaolinite(7.99 mg·g-1)>gibbsite(6.29 mg·g-1). The range of cadmium desorption rate of montmorillonite, kaolinite, Goethite and gibbsite were 19.99%～32.77%,13.48%～19.09%, 2.02%～3.48%, 1.09%～2.43%, the adsorption amounts of Cd( Ⅱ) on the four clay minerals was increased with the rising of pH values．But gibbsite basically remain unchanged .When the amounts of the added clay mineral was 10.0 g·L-1, the cadmium adsorption rate of goethite is 72.8%,and it is close to montmorillonite.[Conclusion]Compaired with montmorillonite、kaolinite and gibbsite， goethite had relatively high， adsorption amounts， and low desorption rate， so it was a better adsorbent.

Lay mineral， Cadmium， Adsorption， Desorption， pH， Add mineral amounts

2016-05-31

2016-09-03

李麗(1988- )，女(漢)，山西長治人，碩士研究生，研究方向：土壤污染化學(xué)

*通信作者：李朝麗，博士， 碩士生導(dǎo)師。 Tel:15096689656；E-mail: lizhaoli527@163.com

土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)開放基金課題(0812201229 )

P619.25+9

A

1671-8151(2017)01-0060-07