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1.
自然状态下土壤中重金属元素是否稳定存在是重金属污染固化修复技术中的核心问题。本文以常见重金属离子Pb2+为例,分析土壤中重金属离子与常见离子基团结合的稳定性。将第一性原理应用于Pb的存在形态和稳定性的分析,计算了PbCO3、PbSO4、PbCl2、Pb3(PO42、PbAl2O4和Pb3Fe2(PO44的自由能、能带和态密度。首先推断Pb2+和CO32-、SO42-、Cl-、PO43-等土壤中常见阴离子的结合稳定性,再判断加入金属阳离子Al3+和Fe3+对体系稳定性的影响。结果表明:铅化合物自由能从高到低趋势为PbCl2、PbAl2O4、PbCO3、PbSO4、Pb3(PO42、Pb3Fe2(PO44,其相应的结构稳定性顺序从大到小为Pb3Fe2(PO44、Pb3(PO42、PbSO4、PbCO3、PbAl2O4、PbCl2。通过对能带和态密度的分析,首先确定了SO42-和PO43-的引入能够增强含Pb体系的稳定性,进一步加入金属阳离子Fe3+会使体系更稳定。推测SO42-、PO43-为治理Pb2+污染合适的官能团,应选择容易释放SO42-、PO43-的物质作为合适的钝化剂。在实际应用中可选择磷酸二氢钠、无水硫酸钠、脱硫石膏等作为钝化剂。  相似文献   

2.

Background

The coexistence of Cd2+ and Zn2+ ions in nature has a significant influence on their environmental behaviors in soils and bioavailability for plants. While many studies have been done on the mutual toxicity of Cd2+ and Zn2+, few studies can be found in the literature focused on the interaction of Cd2+ and Zn2+ on soil clay fractions especially in terms of energy relationship.

Results

The binding energies of Cd2+ on boggy soil (Histosols) particles and Zn2+ on yellow brown soil (Haplic Luvisols) particles were the highest, while those of Cd2+ and Zn2+ on paddy soil (Inceptisols) particles were the lowest. These results indicated that Cd2+ and Zn2+ have a strong capacity to adsorb in the solid phase at the soil–water interface of boggy soil and yellow brown soil, respectively. However, both Cd2+ and Zn2+ adsorbed on paddy soil particles easily release into the solution of the soil suspension. Unlike the binding energy, the higher adsorption energies of ions in boggy and yellow brown soils showed a weak binding force of ions in boggy soil and yellow brown soil. A 1:1 ratio of Cd2+ to Zn2+ promotes the mutual inhibition of their retentions. Cd2+ and Zn2+ have high mobility and bioavailability in paddy soil and yellow drab soil (Ustalfs), whereas they have high potential mobility and bioavailability in boggy soil and yellow brown soil.

Conclusion

In the combined system, Zn2+ had preferential adsorption than Cd2+ on soil clay fractions. Boggy soil and yellow brown soil have a low environmental risk with lower mobility and bioavailability of Cd2+ and Zn2+ while paddy soil and yellow drab soil present a substantial environmental risk. In the combined system, Cd2+ and Zn2+ restrain each other, resulting in the weaker binding force between ions and soil particles at a 1:1 ratio of Cd2+–Zn2+.
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3.
艾比湖区域地表水水化学特征干湿季变化及其控制因素   总被引:1,自引:0,他引:1  
李瑞  张飞  高宇潇  周梅  王东芳  李晓航 《冰川冻土》2016,38(5):1394-1403
对2014年艾比湖区域的地表水进行观测和取样,综合运用多元统计、Piper阴阳离子三角图、Gibbs图等方法,对艾比湖区域干湿季地表水化学特征及控制因素进行了分析.结果表明:在湿季5月,Na+和Cl-是占绝对优势的离子,分别占阳离子和阴离子总量的70.34%和52.97%,其次是Mg2+和SO42-;在干季10月,Na+和Cl-是占绝对优势的离子,分别占阳离子和阴离子总量的70.57%和66.48%,其次是Mg2+和SO42-.进而判断出在湿季,艾比湖区域地表水水化学类型为以碳酸盐岩石和蒸发岩来源为主的HCO3--Ca2+-Na+型;而在干季,艾比湖区域地表水水化学类型为以碳酸盐岩石和蒸发岩来源为主的HCO3--Ca2+型.此外,探讨了离子控制的因素.就自然因素而言,在干湿季,艾比湖区域地表水化学离子组成受岩石风化作用和蒸发结晶作用的共同影响,大气降水的输入作用十分微弱.就人为因素而言,根据相关研究,干湿季人为活动中的主要因素是人口和地区生产总值,说明该区域受到人为活动的影响.本研究为我国干旱地区对于河水水化学变化、水质特征、水质保护都具有重要的意义.  相似文献   

4.
贺兰山以北乌兰布和沙漠地下水水化学特征演化规律研究   总被引:5,自引:0,他引:5  
党慧慧  董军  岳宁  董阳  郭映  魏国孝 《冰川冻土》2015,37(3):793-802
乌兰布和沙漠对中国西北部干旱地区气候变化和水文循环过程研究具有指示意义, 以水文地球化学运移为导向, 通过分析33个地下水样, 探讨了该区地下水的补给与演化过程. 结果表明: 巴彦乌拉山浅层地下水水化学类型为Cl--HCO3--SO42--Na+; 从吉兰泰盐湖至乌兰布和沙漠, 主要水化学类型变化浅层地下水为Cl--HCO3--Na+到Cl--HCO3--SO42--Na+, 深层地下水为HCO3--Cl--Na+再到HCO3--Cl--Na+或HCO3--Cl--Ca2+. Gibbs图表明, 研究区地下水的水化学特征主要受蒸发浓缩作用影响和岩石风化作用控制, 大气降雨机制影响甚微. 主要离子相关关系图及饱和指数表明, 岩盐、芒硝、钠长石、方解石、白云石、石膏等矿物的风化溶解是该区地下水主要离子来源. 此外, 氯碱指数和Ca/Na的指示, 说明阳离子交换作用也是形成该地区地下水水化学组分的重要机制.  相似文献   

5.
若尔盖高原草甸土与泥炭土氧化CH4研究   总被引:4,自引:0,他引:4  
若尔盖高原草甸土氧化大气CH4的速率为-0.092~0.125 ng·g-1·h-1,氧化速率随着土壤深度的增加而减小,深度超过25cm的土层没有氧化大气CH4的潜力;而高原泥炭土CH4排放速率为0.236~1.088 ng·g-1·h-1,排放速率亚表层土(10~25 cm)最大.两种土壤均能氧化高浓度CH4,泥炭土氧化大气浓度CH4的速率是草甸土的15~22倍.两种土壤不同层次氧化高浓度CH4的潜力都没有显著差异.降水减少或人为排水导致的泥炭地水位下降,将加强若尔盖高原土壤氧化CH4从而减少CH4排放.  相似文献   

6.
青藏高原中部各拉丹冬峰雪冰记录特征   总被引:1,自引:0,他引:1  
2005年10~11月在青藏高原唐古拉山脉各拉丹冬峰冰川区不同海拔采集了3个雪坑样品,分析结果表明,雪坑中δ18O和主要离子浓度具有明显的季节变化特征.夏季风期间降水中δ18O低于其它季节,表明该地区夏季δ18O的"降水量效应"仍然存在.雪坑中主要离子在非季风期的浓度高于夏季风期.主要离子的相关分析表明,除NH4+、NO3-外,雪坑中其它离子浓度之间均存在较好的正相关性.各拉丹冬峰冰川区仍受到南亚季风的影响,但因其位于夏季风影响的边缘区域,其影响程度相对于高原南部较弱;同时也受到大陆性气候的影响,在冬春季节具有较高的粉尘气溶胶沉降.  相似文献   

7.
青藏高原草地土壤有机碳库及其全球意义   总被引:55,自引:5,他引:50  
定量分析了青藏高原各类草地0~0.65m深度范围内有机碳储量,结果表明:青藏高原总面积为1.6027×10hm2的草地有机碳量达到335.1973×108tC,其中以高原草甸土和高原草原土有机碳积累量为主,两者之和达到232.36×108tC,占全国土壤有机碳量的23.44%,是全球土壤碳库的2.4%.在有机碳储量分析的基础上,按土壤碳释放的两种主要途径:土壤呼吸作用和土地利用方式变化与草地退化,对草地土壤碳排放进行了估算,揭示出青藏高原草地土壤通过呼吸每年排放的CO2达到11.7×108tC·a-1,约占中国土壤呼吸总量的2.3%,明显高于全国乃至全球平均值;近30a来,青藏高原草地土壤由于土地利用变化和草地退化所释放的CO2估计约有30.23×108tC.保护青藏高原草地对于全球变化意义重大.定量分析了青藏高原各类草地0~0.65m深度范围内有机碳储量,结果表明:青藏高原总面积为1.6027×10hm2的草地有机碳量达到335.1973×108tC,其中以高原草甸土和高原草原土有机碳积累量为主,两者之和达到232.36×108tC,占全国土壤有机碳量的23.44%,是全球土壤碳库的2.4%.在有机碳储量分析的基础上,按土壤碳释放的两种主要途径:土壤呼吸作用和土地利用方式变化与草地退化,对草地土壤碳排放进行了估算,揭示出青藏高原草地土壤通过呼吸每年排放的CO2达到11.7×108tC·a-1,约占中国土壤呼吸总量的2.3%,明显高于全国乃至全球平均值;近30a来,青藏高原草地土壤由于土地利用变化和草地退化所释放的CO2估计约有30.23×108tC.保护青藏高原草地对于全球变化意义重大.  相似文献   

8.
以疏勒河源区为研究区,自2018年12月至2019年11月分别采集河水、泉水和雪样样品44个、4个和7个,综合运用Piper三线图、Gibbs图、离子比值法定性分析不同水体水化学特征及控制因素,利用质量平衡法(正向地球化学模型)量化不同来源对不同季节河水水化学成分的贡献率。结果表明:疏勒河源区不同水体水化学特征存在差异,TDS含量为泉水>河水>冰川融水>雪水,河水水化学类型冬季为HCO3--Mg2+?Ca2+型,春季为HCO3--Ca2+?Mg2+?Na+型,夏、秋季均为HCO3--Ca2+?Mg2+型,泉水和雪水分别为HCO3--Ca2+?Mg2+型、HCO3--Ca2+型;受多种因素共同影响,不同季节河水主离子时空变化均存在差异;河水和泉水水化学组成受岩石风化作用控制,主离子来源于以白云石为主的碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化和盐岩、石膏、硫酸盐矿物等蒸发岩溶解;正向地球化学模型计算结果表明冬春季河水阳离子主要来源于硅酸盐岩风化溶解,夏秋季碳酸盐岩对河水阳离子贡献率大于硅酸盐岩,总体河水阳离子主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩风化。  相似文献   

9.
Dissolution experiments of a tholeiite basalt glass carried out at different pH and T (up to 300°C) using a rotatingdisc apparatus show that, depending on pH and T, dissolution can be controlled by one of the following steps: (1) surface reaction; (2) transport of reactants in solution; and (3) mixed reaction. The activation energies of these different processes were found to be 60, 9 and 15–50 kJ mol−1, respectively. Taking account of these results, it appears likely that surface reactions are not rate limiting for the hydrolysis of most crystalline silicate minerals in hydrothermal and metamorphic processes, and that caution should be exercised when predicting rate of reactions at high temperatures solely on the basis of activation energies measured at low temperatures.

Comparison of experimental and theoretical potentiometric titrations of the basalt glass and its constituent oxides indicates that the adsorption of H+ and OH ions at the basalt surface is metal cation specific and that the net adsorption can be predicted from the sole knowledge of the acidity constants of the network-forming constituent oxides. We found that in the acidic pH region dissolution is promoted by the adsorption of H+ on al and Fe surface sites while in the basic region, dissolution is promoted by the adsorption of OH on Si sites. The combination of the two distinct types of surface sites, Al and Fe on the one hand, and Si on the other hand, results in a dissolution rate minimum at a pH-value between the pHzpc of the two groups of oxide components. Linear regressions with a slope n=3.8 are observed both in acid and alkaline solutions in logarithmic plots of the rate of dissolution vs. the surface charge. The value of n, which represents the number of protonation or hydroxylation steps prior to metal detachment, has been found equal to the mean valence of the network-forming metals.

Combining concepts of surface coordination chemistry with transition state theory afforded characterisation of the activated complexes involved in basalt dissolution processes. From the values obtained for the thermodynamic properties of activation for basalt dissolution it is assumed that the activated complexes formed during the H2O-promoted dissolution of the basalt glass are more tightly bonded than those formed during H+- or OH-promoted dissolution.  相似文献   


10.
为揭示旱地和水田土壤镉的吸附解吸特征,以江汉平原黄豆地、棉花地以及水稻田土壤为研究对象,开展土壤镉的吸附动力学实验、等温吸附?解吸实验以及有机质的影响实验.结果表明:江汉平原土壤对镉的吸附是一个较为复杂的吸附动力学过程且以化学吸附为主,研究区土壤镉的初始吸附速率总体上表现为水田土壤大于旱地土壤;旱地土壤对Cd2+具有较...  相似文献   

11.
National- and continental-scale soil geochemical datasets are likely to move our understanding of broad soil geochemistry patterns forward significantly. Patterns of chemistry and mineralogy delineated from these datasets are strongly influenced by the composition of the soil parent material, which itself is largely a function of lithology and particle size sorting. Such controls present a challenge by obscuring subtler patterns arising from subsequent pedogenic processes. Here the effect of quartz concentration is examined in moist-climate soils from a pilot dataset of the North American Soil Geochemical Landscapes Project. Due to variable and high quartz contents (6.2–81.7 wt.%), and its residual and inert nature in soil, quartz is demonstrated to influence broad patterns in soil chemistry. A dilution effect is observed whereby concentrations of various elements are significantly and strongly negatively correlated with quartz. Quartz content drives artificial positive correlations between concentrations of some elements and obscures negative correlations between others. Unadjusted soil data show the highly mobile base cations Ca, Mg, and Na to be often strongly positively correlated with intermediately mobile Al or Fe, and generally uncorrelated with the relatively immobile high-field-strength elements (HFS) Ti and Nb. Both patterns are contrary to broad expectations for soils being weathered and leached. After transforming bulk soil chemistry to a quartz-free basis, the base cations are generally uncorrelated with Al and Fe, and negative correlations generally emerge with the HFS elements. Quartz-free element data may be a useful tool for elucidating patterns of weathering or parent-material chemistry in large soil datasets.  相似文献   

12.
阴离子捕获剂及其在污染防治与环境修复领域中的应用   总被引:2,自引:0,他引:2  
综述了阴离子捕获剂的结构、性能、制备与表征方法、吸附专属性及其在环境修复方面的应用。阴离子捕获剂是一种具有层状结构的阴离子粘土,由于其特殊的结构和性能,可通过层间阴离子交换、层状结构重建等机制来吸附环境中的阴离子,从而清除环境中的污染物。大量研究表明。阴离子捕获剂对环境中以络阴离子形式存在的重金属污染物有很强的吸附能力,并能有效吸附水体中的N、P、As、Se和放射性元素。此外,阴离子捕获剂还能吸附有机污染物,如农药、酚类化合物、洗涤剂和腐殖质等。从环境中除去不同类型的有毒有害组分。需使用不同类型的阴离子捕获剂。其吸附能力主要由捕获剂本身的特点和外部理化条件所决定。阴离子捕获剂的研究已成为当前环境保护工程和技术研究的一个新热点。  相似文献   

13.
为了对地下水系统中天然胶体与Ni2+的共迁移特征进行研究,通过静态吸附实验和石英砂模拟含水层介质柱实验研究了土壤胶体对Ni2+在地下水中运移的影响,以及pH、离子强度(IS)、有机质等对土壤胶体吸附Ni2+的影响。结果表明:随着pH值升高,土壤胶体对Ni2+的吸附量增加;离子强度的增加会显著地降低土壤胶体吸附Ni2+的能力;腐殖酸(HA)的存在会增强胶体对Ni2+的吸附能力;在有胶体的情况下,Ni2+穿透砂柱的时间会缩短,吸附能力增强,吸附量增加,但当离子强度增加时,虽然Ni2+穿透砂柱的时间也被缩短,但是吸附量却降低。  相似文献   

14.
中新天津生态城是典型的海岸带建设城市,其复杂的水文地质条件制约着地下空间建设。为查清地下空间水质的垂向分布情况,利用中新天津生态城11个深度为40.0 m的钻孔采取不同深度的原状土样,并采用气体压榨法得到土样中的孔隙水样品,对孔隙水的pH值,总硬度,TDS、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、SO42-、Cl-、Sr、Br质量浓度,Cl/Br,γNa/γCl及87Sr/86Sr等水化学和同位素参数进行了测试分析。结果显示,孔隙水中水化学成分的质量浓度存在显著的垂向差异(最大相差4倍):受潮滩生卤影响,北部除HCO3-外,其他所有离子最大质量浓度出现在地下5.0 m左右;受地表水影响,中部与南部Cl-最大质量浓度出现在埋深15.0 m左右,其余离子分布规律与Cl-基本一致。水化学和同位素特征联合表明,埋深小于20.0 m的孔隙水表现出明显的现代海水特征,说明其主要受现代海水影响;埋深大于20.0 m的孔隙水化学特征受现代海水和水岩相互作用综合影响,且受古沉积水影响明显。  相似文献   

15.
文章通过对醇类物质参与下的碳酸钙成核过程进行研究,探讨生物流体中常见的羟基对矿物物相以及界面能的影响。研究结果表明多羟基醇有利于亚稳定球文石的形成,醇的加入会增加方解石和球文石的界面能,醇的羟基定向吸附造成的吸附位密度降低是提升矿物界面能最可能的机制,而溶剂氢键数量决定了碳酸根的自由度,有利于对称度低且CO32 - 不平行的球文石形成。水和乙醇—水体系氢键作用弱,界面能低的方解石物相成为热力学优势物相。研究结果凸显了生物成矿流体受羟基影响强烈,通过控制流体中羟基物质含量,生物体可以完全掌控碳酸钙物相的形成部位,加深了对生物成因碳酸钙形成过程的理解。  相似文献   

16.
雅鲁藏布江丰水期河水离子组成特征及其控制因素   总被引:1,自引:0,他引:1  
为了解雅鲁藏布江丰水期河水离子组成特征及其控制因素,利用2015年采集的8个河水水样,运用数理统计、聚类分析、Piper三线图、Gibbs模型以及离子比值等方法,分析了雅鲁藏布江丰水期河水水化学特征,并探讨了其主要控制因素。结果表明:河水中阳离子以Ca2+、Mg2+为主,阴离子则以HCO3-和SO42-为主,阴、阳离子分别约占其总量的96%和85%。河水水化学类型均为HCO3·SO4-Ca·Mg型。TDS含量介于202.46~371.27 mg·L-1,均值为299.30 mg·L-1,较世界河流平均值高。自上至下,河水水化学特征表现出一定的差异性,河水中主要离子以及TDS、TH、EC的含量沿程表现出下降的趋势,其原因主要有支流河水汇入和降水增加的稀释作用。河水水样均落在Gibbs模型图中部偏左,表明河水中主要离子化学组分主要受水岩作用控制。离子比值法分析表明研究区碳酸盐岩以及蒸发岩的风化溶解是河水水化学的主要控制因素,且存在硅酸盐类矿物的风化。  相似文献   

17.
为了揭示地下水由江汉平原周缘向中心径流过程中的水质演化和复杂的水文地球化学作用,以江汉平原西部地区为例,通过数理统计、水化学、同位素地球化学、离子比值关系等方法,开展了江汉平原西部边缘地带浅层孔隙地下水的水文地球化学特征研究。结果表明: 平原区孔隙水以HCO3-Ca·Mg型为主,丘岗区(丘陵和岗地)主要是HCO3-Ca·Mg型,少量为HCO3·SO4-Ca·Mg型,还出现了HCO3·NO3-Ca·Mg型水,总溶解固体(total dissolved solids,TDS)升高主要是由于碳酸盐岩的溶解; 浅层孔隙水均来源于大气降水,蒸发作用对该地区孔隙水的影响较小; 方解石、白云石和石膏的溶解主导研究区的水文地球化学过程,也是孔隙水中Ca2+、Mg2+的主要来源,Na+和K+的主要来源是阳离子交换吸附。  相似文献   

18.
东北黑土地特别是松嫩平原的土地盐碱化趋势正在加剧,对黑土地粮食安全提出了很大的挑战,因此,改良盐碱地土壤成为重要的工作.半干旱气候、地质条件、低洼地形及地下水位等都是引起东北黑土地盐碱化的因素,松嫩平原苏打盐碱地尤为突出,其土壤盐分中主要阳离子为Na+,阴离子为CO32-和HCO3-,具有高碱化特点.沸石作为离子交换剂和吸附剂,能吸附盐碱土中的钠离子和硫酸根离子等,降低土壤pH值和碱化度,同时可增加土壤对铵根离子、磷酸根离子和钾离子的保持能力,提高养分有效性,对于土壤改良效果显著.但由于沸石改性、用量及时效等各方面的不确定性,因此在今后研究中更应注重因地制宜地利用沸石矿物开展盐碱地土壤改良、加强沸石矿物改性与再生的研究,使其在盐碱地脱盐降碱等方面发挥更大的作用.  相似文献   

19.
为了揭示地下水由江汉平原周缘向中心径流过程中的水质演化和复杂的水文地球化学作用,以江汉平原西部地区为例,通过数理统计、水化学、同位素地球化学、离子比值关系等方法,开展了江汉平原西部边缘地带浅层孔隙地下水的水文地球化学特征研究。结果表明: 平原区孔隙水以HCO3-Ca·Mg型为主,丘岗区(丘陵和岗地)主要是HCO3-Ca·Mg型,少量为HCO3·SO4-Ca·Mg型,还出现了HCO3·NO3-Ca·Mg型水,总溶解固体(total dissolved solids,TDS)升高主要是由于碳酸盐岩的溶解; 浅层孔隙水均来源于大气降水,蒸发作用对该地区孔隙水的影响较小; 方解石、白云石和石膏的溶解主导研究区的水文地球化学过程,也是孔隙水中Ca2+、Mg2+的主要来源,Na+和K+的主要来源是阳离子交换吸附。  相似文献   

20.
中国第二次北极科学考察沿线气溶胶成分分析   总被引:7,自引:2,他引:5  
对2003年7月15~9月28日间中国第二次北极科学考察沿线所采集的气溶胶样品进行分析,获得了Na+、NH4+ 、Ca2+、Cl-、MSA、SO42- 等11种离子的浓度数据(文中使用当量浓度).根据相关分析, 可将11种离子分为3类: 海盐源离子, 包括Na+、Mg2+、K+、Ca2+、Cl-、SO42-; 人为源, 包括NH4+ 、NO3-; 其它源, 包括 CH3COO-、MSA、C2O42-. 气溶胶以海盐气溶胶为主, Cl-、Na+ 离子分别是阴阳离子中含量最大的离子, (Na+ +Cl-)对气溶胶载量(所测定的阴阳离子的总和)的贡献平均为60.2%, 占气溶胶总量的一半以上. NH4+ /SO42- 的比值的平均为0.45, 根据当地的大气环境和气溶胶的离子平衡, 认为气溶胶样品中NH4+ 和 SO42- 主要是以 NH4HSO4的形式结合. 根据考察沿线 NO3- 浓度的变化, 把考察沿线大致分为3个区: 日本海区, 中值为15.2 neq·m-3; 鄂霍次克海及白令海区, 中值为1.8 neq·m-3; 北冰洋区, 其浓度较低, 中值为0.4 neq·m-3. 考察沿线白令海是MSA的高产区.  相似文献   

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