【摘要】：海泡石和蒙脫石是兩類典型的粘土礦物,有良好的吸附性能,且成本低、儲(chǔ)量豐富和環(huán)境友好,因此在重金屬污染控制領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景,相關(guān)的研究工作也得到了廣泛關(guān)注。近年來,利用粘土礦物對(duì)重金屬的吸附、配合、共沉淀等作用來降低重金屬在環(huán)境中的遷移性和生物有效性成為了研究熱點(diǎn),粘土礦物在緩解重金屬對(duì)植物毒害作用方面極具應(yīng)用前景。另一方面,不同粘土礦物由于表面活性官能團(tuán)種類和數(shù)量的不同,對(duì)重金屬離子的吸附性能和機(jī)制存在較大差異,其緩解植物毒害能力也可能不同,尤其是在實(shí)際環(huán)境中多種離子共存的條件下的緩毒能力;但相關(guān)研究工作目前還鮮有報(bào)道。因此,有必要深入研究粘土礦物表面結(jié)構(gòu)和共存離子對(duì)重金屬吸附行為的影響,并進(jìn)一步考察其對(duì)緩解水生植物重金屬毒害作用的影響。本文以天然海泡石和蒙脫石為粘土礦物代表,對(duì)比研究共存陽離子(Ca~(2+)、K~+、Na~+)和陰離子(H_2PO_4~-、SO_4~(2-)、NO_3~-)對(duì)其吸附Cd~(2+)的影響,分析其吸附性能及機(jī)制的差異性。在此基礎(chǔ)上,比較兩種粘土礦物存在條件下,不同濃度Cd~(2+)脅迫下狐尾藻生物量、葉綠素、可溶性蛋白以及丙二醛的影響,探究粘土礦物吸附特征對(duì)其緩解狐尾藻鎘毒害效應(yīng)的相關(guān)機(jī)制。研究工作主要得到了以下結(jié)論:(1)采用X射線衍射、X熒光光譜、紅外光譜、熱重分析等結(jié)構(gòu)表征手段,研究了所選天然海泡石和蒙脫石的結(jié)構(gòu)特征,結(jié)果表明:海泡石和蒙脫石具有相似的化學(xué)組成成分,在熱分析中海泡石主要脫除的是結(jié)構(gòu)內(nèi)的羥基水,占總失重的71.6%,而蒙脫石主要脫去的是表面吸附水以及孔隙水,占總失重的90.9%;結(jié)合紅外光譜分析,表明海泡石的結(jié)構(gòu)中含有大量的結(jié)構(gòu)羥基(Si-OH、Mg-OH)。(2)揭示了蒙脫石和海泡石對(duì)Cd~(2+)吸附特征具有顯著差異性的相關(guān)機(jī)制。在純水體系中,蒙脫石對(duì)Cd~(2+)的吸附效果優(yōu)于海泡石,但是在營(yíng)養(yǎng)液復(fù)合體系中海泡石對(duì)Cd~(2+)的吸附效果卻要比蒙脫石好。這是因?yàn)楣泊骊栯x子和含氧酸根陰離子均能強(qiáng)烈抑制蒙脫石對(duì)Cd~(2+)的吸附,而對(duì)于海泡石,雖然陽離子和NO_3~-的存在同樣不利于Cd~(2+)的吸附,但是H_2PO_4~-、SO_4~(2-)卻能與海泡石結(jié)構(gòu)中的Si-OH和Mg-OH發(fā)生配體交換,為Cd~(2+)提供新的吸附位點(diǎn)形成三元絡(luò)合物,促進(jìn)Cd~(2+)吸附。(3)發(fā)現(xiàn)海泡石和蒙脫石均能緩解Cd~(2+)對(duì)水生植物狐尾藻的毒害效應(yīng),建立了吸附Cd~(2+)特征與緩解其毒害效應(yīng)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。減輕Cd~(2+)對(duì)葉綠體結(jié)構(gòu)的破壞,降低植物的膜質(zhì)過氧化反應(yīng),有利于水生植物的生長(zhǎng)。由于結(jié)構(gòu)及吸附原理的差異性,海泡石在多種離子共存的條件下,對(duì)重金屬的吸附更占優(yōu)勢(shì),所以緩解毒害效應(yīng)的效果要比蒙脫石更顯著。
[Abstract]:Sepiolite and montmorillonite are two typical clay minerals, which have good adsorption properties, low cost, abundant reserves and friendly environment, so they have good application prospects in the field of heavy metal pollution control. The related research work has been paid more and more attention. In recent years, the use of clay minerals for heavy metal adsorption, coordination, coprecipitation and other actions to reduce the migration and bioavailability of heavy metals in the environment has become a hot research topic. Clay minerals have great application prospects in alleviating the toxicity of heavy metals to plants. On the other hand, due to the different types and quantities of surfactant functional groups, the adsorption properties and mechanisms of different clay minerals to heavy metal ions vary greatly, and their ability to alleviate plant toxicity may also be different. Especially in the real environment under the co-existence of a variety of ions under the conditions of the anti-virus ability; However, the relevant research work is still rarely reported. Therefore, it is necessary to study the surface structure of clay minerals and the influence of co-existing ions on the adsorption behavior of heavy metals, and to further investigate their effects on alleviating the toxicity of heavy metals in aquatic plants. Using natural sepiolite and montmorillonite as clay minerals, the effects of co-existing cations (Ca~ (2), K ~, Na~) and anions (H _ 2O _ 2PO _ 4 ~ (2 -), so _ (2 -) ~ (2 -), NO_3~-) on their adsorption of Cd~ (2) were studied. The difference of adsorption performance and mechanism was analyzed. On this basis, the effects of different concentrations of Cd~ (2) on biomass, chlorophyll, soluble protein and malondialdehyde were compared in the presence of two kinds of clay minerals. To explore the mechanism of clay mineral adsorption to alleviate cadmium toxicity of Foxtail algae. The main conclusions are as follows: (1) the structural characteristics of selected natural sepiolite and montmorillonite were studied by means of X-ray diffraction, X-ray fluorescence spectroscopy, infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis. The results show that sepiolite and montmorillonite have similar chemical composition. In thermal analysis, the main removal of sepiolite is hydroxyl water in the structure, accounting for 71.6% of the total weight loss, while montmorillonite is mainly removed from the surface adsorbed water and pore water. 90.9% of total weightlessness; The structure of sepiolite contains a large number of structural hydroxyl groups (Si-OH,Mg-OH). (2), which indicates that the adsorption characteristics of Cd~ (2) on montmorillonite and sepiolite are significantly different from those of sepiolite. In pure water system, the adsorption effect of montmorillonite on Cd~ (2) is better than that of sepiolite, but it is better than that of montmorillonite in the compound system of nutrient solution for Cd~ (2). This is because both co-existing cations and oxygen-containing anions can strongly inhibit the adsorption of Cd~ (2) on montmorillonite, while for sepiolite, although the presence of cations and NO_3~- is not conducive to the adsorption of Cd~ (2), the adsorption of Cd~ (2) is strongly inhibited by the presence of cations and oxygen-containing anions. However, SO_4~ (2 -) can exchange ligands with Si-OH and Mg-OH in sepiolite structure, which provides a new adsorption site for Cd~ (2) to form ternary complex. The adsorption of Cd~ (2) was promoted. (3) it was found that both sepiolite and montmorillonite could alleviate the toxic effect of Cd~ (2) on aquatic plants, and the corresponding relationship between the characteristics of Cd~ (2) adsorption and its toxic effect was established. It can reduce the damage of chloroplast structure caused by Cd~ (2) and decrease the membrane peroxidation of plants, which is beneficial to the growth of aquatic plants. Due to the difference of structure and adsorption principle, sepiolite is more dominant for heavy metal adsorption in the presence of a variety of ions, so the effect of relieving toxicity is more obvious than that of montmorillonite.
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X173;X505

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本文編號(hào)：2443994