發(fā)布時(shí)間：2021-11-14 05:37

　　重金屬污染是全球性的環(huán)境問題,在我國尤為嚴(yán)峻,已成為制約生態(tài)文明建設(shè)的重要因素。重金屬的生物有效性受土壤不同固相組分對其吸附的控制。表面絡(luò)合模型（SCM）不僅可以用來探討重金屬的吸附機(jī)理,還可用于預(yù)測土壤中重金屬的形態(tài),對于風(fēng)險(xiǎn)評估和污染修復(fù)具有重要意義。土壤中的礦物、有機(jī)質(zhì)、微生物等不同類型組分常以復(fù)合形態(tài)存在,目前多采用組分相加方法來模擬礦物-有機(jī)多組分復(fù)合物中重金屬的吸附。該方法忽略了礦物-有機(jī)質(zhì)以及礦物-有機(jī)質(zhì)-重金屬之間的多元反應(yīng),因而模型計(jì)算常存在偏差。因此,基于界面作用過程及重金屬的吸附機(jī)制,構(gòu)建組分互作下的SCM,有助于準(zhǔn)確解析土壤礦物-有機(jī)物復(fù)合體中重金屬的賦存狀態(tài),為土壤重金屬形態(tài)預(yù)測提供有效的技術(shù)方法。本研究選取蒙脫石、鐵（氫）氧化物、惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）以及腐殖酸（HA）等代表性土壤組分,制備礦物-細(xì)菌、礦物-HA以及礦物-HA-細(xì)菌復(fù)合體;以電位滴定及復(fù)合體對Cu（II）、Cd（II）、Pb（II）的宏觀吸附數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合紅外光譜（FTIR）測定的官能團(tuán)信息、等溫滴定量熱（ITC）提供的熱力學(xué)信息、同步輻射X-射線吸收光譜（E... 

【文章來源】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

表面絡(luò)合模型構(gòu)建流程及目的示意圖

圖1-2 Basic Stern模型固-液界面電層物理結(jié)構(gòu)模式圖ig. 1-2 Schematic representation of the surface/solution interface according to BSM.中y軸代表表面電勢（ ），x軸代表距離固相表面的距離及電荷（ ）分布設(shè)表面電場由內(nèi)層和擴(kuò)散層組成，隨著遠(yuǎn)離固相表面（0-plane）分別為內(nèi)面（IHP or 1-plane）和外赫姆霍茲面（OHP）。IHP面上電容為C1，電勢為吸附H+、OH-離子及重金屬離子。模型認(rèn)為該層位點(diǎn)數(shù)量是有限的，吸附中平衡濃度呈正比。背景電解質(zhì)離子分布在OHP面，同時(shí)部分IHP上重金屬分配在該層。模型中同時(shí)假設(shè)表面位點(diǎn)與帶相反電荷的背景離子可形成離tern發(fā)現(xiàn)忽略O(shè)HP的電容時(shí)，即1=2，不會(huì)顯著影響模型計(jì)算的準(zhǔn)確性。SM中固液界面總電容為IHP和擴(kuò)散層電容的總和。模型中0= C1*(0-1)散層總電荷量f(1)。對于一價(jià)電解質(zhì)溶液：1= -f(1) = (8* * 0*RTI)^0.5* sinh(F1/2RT)。中 為電容率；T 為熱力學(xué)溫度；I為離子強(qiáng)度，R為理想氣體常數(shù)。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 屆博士研究生學(xué)位論文6圖1-3 土壤活性組分示意圖。A：針鐵礦101和001面結(jié)構(gòu)（Gaboriaud and Ehrhardt, 2003)；B：2:1型層狀硅酸鹽礦物（Miller and Yifeng, 2012)；C：細(xì)菌細(xì)胞原子力顯微鏡高分辨成像（Dufrêne,2014)；D：不同pH及陽離子溶液中富里酸形貌（Myneni et al., 1999)Fig. 1-3 Schematic diagram of soil components. A: Schematic representation of the surfacestructures of the (101) and (001) faces (Gaboriaud and Ehrhardt, 2003). B: Visualconceptualization of 2:1 clay layering (Miller and Yifeng, 2012). C: High-resolution AFM imagesof individual bacterial cells (Dufrêne, 2014). D: pH and cation dependent macromolecularstructures of fluvial fulvic acid (Myneni et al., 1999).1.2.1 鐵氧化物土壤中鐵氧化物含量豐富，活躍的氧化還原反應(yīng)特性使其成為推動(dòng)C、N、S以及重金屬元素循環(huán)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵物質(zhì)。近年來，基于對鐵氧化物結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的深入，構(gòu)建了一系列更為精確的SCM，其中晶型鐵氧化物的模型發(fā)展最早且相對最為完善。Hiemstra等人以針鐵礦表面晶體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，根據(jù)與O配位Fe原子數(shù)，將針鐵礦表面位點(diǎn)分為三類：單配位基團(tuán)（>FeOH），雙配位基團(tuán)（>Fe2OH）和三配位基團(tuán)（>Fe3O）（Hiemstra et al., 1989; Hiemstra and Van Riemsdijk, 1996）。其中>FeOH和>Fe3O基團(tuán)解離常數(shù)均等于針鐵礦電荷零點(diǎn)。>Fe2OH在pH 0-14之間不易發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，認(rèn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]植物殘?bào)w向土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化過程及其穩(wěn)定機(jī)制的研究進(jìn)展[J]. 汪景寬,徐英德,丁凡,高曉丹,李雙異,孫良杰,安婷婷,裴久渤,李明,王陽,張維俊,葛壯.  土壤學(xué)報(bào). 2019(03)
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[3]電化學(xué)基礎(chǔ)（Ⅲ）——雙電層模型及其發(fā)展[J]. 吳旭冉,賈志軍,馬洪運(yùn),廖斯達(dá),王保國.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2013(02)
[4]放射性核素在固-液界面上的吸附:模型及其應(yīng)用[J]. 范橋輝,郭治軍,吳王鎖.  化學(xué)進(jìn)展. 2011(07)
[5]固液界面吸附機(jī)制與模型——“環(huán)境水質(zhì)學(xué)前沿專欄”序言[J]. 楊敏,豆小敏,張昱.  環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2006(10)
[6]表面絡(luò)合理論中常用計(jì)算機(jī)模型軟件[J]. 王向天,湯鴻霄,黃君禮.  化學(xué)工程師. 2001(01)

博士論文
[1]Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）在土壤礦物—有機(jī)互作界面的分子結(jié)合機(jī)制[D]. 杜輝輝.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017
[2]幾種水平地帶性土壤顆粒中粘粒礦物的組成與演化特征[D]. 張志毅.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[3]土壤活性組分對Pb（Ⅱ）的吸附及其化學(xué)形態(tài)模型模擬[D]. 熊娟.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015
[4]幾種亞穩(wěn)態(tài)鐵氧化物的結(jié)構(gòu)、形成轉(zhuǎn)化及其表面物理化學(xué)特性[D]. 王小明.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015
[5]土壤活性顆粒對細(xì)菌吸附及活性影響的機(jī)制[D]. 吳華勇.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015
[6]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]. 方臨川.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2011

碩士論文
[1]不同比例的礦物—惡臭假單胞菌復(fù)合體對Cd的吸附[D]. 劉景.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018
[2]礦物—細(xì)菌—腐殖酸三元復(fù)合體的形成方式對鎘吸附的影響[D]. 劉容孜.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[3]鎘在蒙脫石/高嶺石—枯草芽孢桿菌復(fù)合體上吸附的表面絡(luò)合模型研究[D]. 王寧.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015
[4]蒙脫石、針鐵礦—細(xì)菌—腐殖酸復(fù)合體對Cd（II）的吸附機(jī)理初探[D]. 康凱麗.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2013



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