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利用组分添加法表面络合模型模拟土壤铁矿物–黏土矿物界面Cd吸附行为
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作者 杜永红 李梅 +3 位作者 安娅 唐泽飞 程鹏飞 秦好丽 《地球与环境》 北大核心 2026年第1期160-171,共12页
为揭示土壤中矿物组分对重金属的吸附行为及其贡献,本文构建了以针铁矿和伊利石为代表的铁矿物和黏土矿物二元体系,结合电位滴定、pH吸附边等宏观实验和CD–MUSIC、DLM表面络合模型探究针铁矿、伊利石表面Cd的形态分布,并使用组分添加... 为揭示土壤中矿物组分对重金属的吸附行为及其贡献,本文构建了以针铁矿和伊利石为代表的铁矿物和黏土矿物二元体系,结合电位滴定、pH吸附边等宏观实验和CD–MUSIC、DLM表面络合模型探究针铁矿、伊利石表面Cd的形态分布,并使用组分添加法在模型中(CA–SCM)解析两者在二元体系中的贡献。结果表明,二元体系表面存在可变电荷,电荷零点介于8.70~10.21之间;Cd在体系表面的吸附量随pH升高而增大直至完全吸附,且针铁矿吸附能力更大。CD–MUSIC阐明了针铁矿表面双齿络合物≡(FeOH)_(2)Cd^(+)的络合常数明显大于水解态≡(FeOH)_(2)CdOH,≡(FeOH)_(2)Cd^(+)在pH 4~10范围内为主要吸附形态;DLM则表明伊利石在pH 3~6.5和6.5~10范围内分别以单齿络合物≡SOCd^(+)及水解形态≡SOCdOH为主要形态。CA–SCM分析二元体系发现,随伊利石含量增加≡SOCd^(+)和≡SOCdOH形态增加,但均低于≡(FeOH)_(2)Cd^(+)和≡(FeOH)_(2)CdOH形态,≡(FeOH)_(2)Cd^(+)始终为优势形态。pH 6~10范围内,CA–SCM计算获得针铁矿中≡(FeOH)_(2)Cd^(+)与≡(FeOH)_(2)CdOH两种形态含量的总和在62%~100%,从微观角度定量证明了二元体系中针铁矿对Cd的吸附贡献更大。此外,Cd浓度和离子强度影响研究表明,由于≡FeOH^(0.5-)活性强于≡SO^(-)基团,Cd水解产生的CdOH^(+)更易与≡FeOH^(0.5-)结合,致使Cd浓度和离子强度增加均更有利于≡(FeOH)_(2)CdOH的形成。本研究利用CD–MUSIC、DLM和CA–SCM模型方法拟合得到的模型数据与宏观实验结果一致(r>0.98),能够准确模拟土壤矿物组分各界面Cd络合形态分布和贡献,可为土壤重金属污染防治提供理论依据。 展开更多
关键词 铁矿物 黏土矿物 组分添加法 表面络合模型 重金属CD
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贵州砂页岩母质黄壤镉吸附及表面络合模型研究 被引量:5
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作者 刘艳 宋瑞明 +4 位作者 杨阳 程鹏飞 安娅 李梅 秦好丽 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1715-1724,共10页
重金属在土壤中的吸附行为受土壤表面酸碱性质的影响.贵州酸性黄壤镉(Cd)污染形势严峻,研究黄壤中Cd的吸附特征及形态变化对镉的防控和治理具有重要意义.本文以贵州省百花湖镇不同深度的砂页岩母质黄壤为供试土壤,基于连续酸碱电位滴定... 重金属在土壤中的吸附行为受土壤表面酸碱性质的影响.贵州酸性黄壤镉(Cd)污染形势严峻,研究黄壤中Cd的吸附特征及形态变化对镉的防控和治理具有重要意义.本文以贵州省百花湖镇不同深度的砂页岩母质黄壤为供试土壤,基于连续酸碱电位滴定试验,利用1-site/2-pKa表面络合模型(SCM),探讨土壤表面酸碱性质;基于不同pH下黄壤Cd吸附试验,运用SCM模拟Cd的吸附行为及其形态分布;同时解析黄壤组成与表面酸碱性质的相关性.结果表明:(1)SCM计算所得腐质层(0~45 cm)、淋溶层(>45~57 cm)、淀积层(>57~81 cm)、风化层(>81~110 cm)、母质层(>110~183 cm)土壤表面位点浓度(Hs)随深度的增加大致呈下降趋势,各层H_(s)分别为0.120、0.090、0.097、0.056、0.055 mol/L,而电荷零点(pH_(pzc,SCM))变化趋势与之相反,分别为4.83、4.71、4.61、4.96、4.98,pH_(pzc,SCM)与试验测定数据(pH_(pzc,M))接近且变化趋势一致,说明1-site/2-pK_(a)SCM适用于黄壤的表面酸碱性质研究.(2)Cd吸附试验表明,随pH的增加,Cd从溶解态逐渐转向吸附态,并在pH=7附近达到完全吸附;SCM拟合得到的不同pH下Cd的溶解态和吸附态浓度与吸附试验数据吻合良好(相关系数R≥0.995),且Cd的吸附行为与不同pH下黄壤表面位点3种形态(≡SOH_(2)^(+)、≡SOH、≡SO^(−))分布的模拟结果一致,≡SOH_(2)^(+)、≡SO^(−)分别为pHpH_(pzc)时的主要形态,揭示了黄壤表面酸碱性质对Cd吸附行为的影响机制,进一步说明SCM适用于描述Cd随土壤pH变化的吸附特征.(3)相关性分析表明,有机质、游离氧化铁对Hs起主要作用,不同深度土壤的电荷零点(pHpzc)则主要由土壤中的黏土矿物、石英等无机胶体控制.研究显示,利用1-site/2-pK_(a)SCM可以准确描述贵州省酸性黄壤的表面酸碱性质以及Cd的吸附特征及其形态分布,可为重金属在土壤中的迁移转化行为研究提供新思路. 展开更多
关键词 贵州砂页岩黄壤 Cd 表面络合模型 土壤酸碱性质 吸附
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镁改性增强小麦秸秆生物炭对镉的吸附能力:表面络合模型研究 被引量:5
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作者 王室苹 李梅 +1 位作者 安娅 秦好丽 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期617-625,共9页
近年来研究改性生物炭有效去除水中重金属成为热门,但使用表面络合模型从微观探讨生物炭对镉的吸附机理鲜见报道。通过MgCl2与小麦秸秆生物炭(WB)共热解制备镁改性生物炭(MgWB)。SEM-EDS、FTIR和BET等表征显示镁成功接枝到生物炭,Mg的... 近年来研究改性生物炭有效去除水中重金属成为热门,但使用表面络合模型从微观探讨生物炭对镉的吸附机理鲜见报道。通过MgCl2与小麦秸秆生物炭(WB)共热解制备镁改性生物炭(MgWB)。SEM-EDS、FTIR和BET等表征显示镁成功接枝到生物炭,Mg的质量分数增加了3.97%,生物炭表面新增Mg-O峰且-OH、-C-O峰增强,镁改性未改变小麦秸秆的条状管道主体结构但比表面积降低9.94%。293-313 K的等温吸附曲线表明改性前后生物炭的吸附行为均符合Langmuir模型,MgWB在313 K时最大饱和吸附密度(3.50μmol·m-2)是WB的3.7倍。Boehm滴定实验显示改性使总酸性官能团增加13.4%,其中代表高、中、低亲和型官能团的羟基、内酯基、羧基浓度分别增加4.28%、8.92%和0.178%。电位滴定曲线显示镁改性导致生物炭的pHpzc从9.2降为5.3,不同pH条件下Cd2+的吸附边实验中WB和MgWB吸附率达90%所需pH分别为9和6,结果表明吸附平衡所需pH值与pHpzc有关,且pHpzc的改变会导致生物炭表面位点类型在不同pH条件下的镉吸附差异。利用非静电表面络合模型NEM、以广义复合法进行拟合,最佳参数计算的位点分布曲线显示WB和MgWB的吸附贡献主要为高亲和型位点,该位点与Cd^(2+)的吸附态浓度达到最高值所对应的pH分别为10和7;模型拟合参数pKa和pK≡SOCd+表明镁改性导致生物炭表面官能团的质子化能力降低,与Cd^(2+)的络合能力增强。镁改性可以丰富生物炭表面官能团,通过增加表面位点浓度和降低pHpzc有效改善生物炭对重金属的吸附。本研究在使用非静电表面络合模型拟合中将表面位点类型的吸附贡献与pHpzc结合讨论微观吸附机理,为生物炭-重金属的相互作用提供了一种新的量化手段。 展开更多
关键词 生物炭 CD 镁改性 非静电表面络合模型 表面酸碱性质 吸附 小麦秸秆
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巯基/铁基功能化蒙脱土对土壤镉的钝化行为研究 被引量:2
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作者 李治梅 安娅 +2 位作者 李梅 王室苹 秦好丽 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2023年第7期1301-1312,共12页
土壤镉(Cd)的迁移和富集严重威胁国家粮食安全和损害人体健康。通过整合有机/无机改性方法制备了新型的巯基/铁基复合功能化蒙脱土(SH-Fe-Mont),用于Cd的高效去除和钝化。利用FTIR、XRD、BET、SEM及XPS等表征手段证实了钝化剂被成功制备... 土壤镉(Cd)的迁移和富集严重威胁国家粮食安全和损害人体健康。通过整合有机/无机改性方法制备了新型的巯基/铁基复合功能化蒙脱土(SH-Fe-Mont),用于Cd的高效去除和钝化。利用FTIR、XRD、BET、SEM及XPS等表征手段证实了钝化剂被成功制备,且在没有改变蒙脱土(Mont)基本层状结构的基础上拥有丰富的孔隙结构及更大的比表面积。通过系列水溶液吸附实验和土壤有效态Cd及赋存形态变化考察钝化剂对重金属Cd的去除率和钝化效果。等温吸附实验结果证明在293-323 K温度范围内,钝化剂吸附行为均符合Langmuir模型。在303 K时,SH-Fe-Mont和单改性的铁基功能化蒙脱土(Fe-Mont)的理论最大饱和吸附量分别为55.3、42.7 mg·g^(−1),分别是Mont的46.9、36.2倍。吸附动力学实验的结果显示,初始质量浓度分别为20、50、100 mg·L^(−1)时,钝化剂对Cd(Ⅱ)的吸附过程均符合伪二级模型,更快的吸附动力学使SH-Fe-Mont在40 min内达到吸附平衡(Mont:80 min;Fe-Mont:50 min)。更重要的是,SH-Fe-Mont对Cd的去除率超过99.0%(Cd的初始质量浓度20 mg·L^(−1))。酸雨模拟实验证明了SH-Fe-Mont对镉吸附后的高稳定性,仅有0.31%的镉解吸和0.22 mg·kg^(−1)的镉浸出,远低于原始Mont(41.2%,11.7 mg·kg^(−1))和Fe-Mont(4.58%,1.67 mg·kg^(−1))。利用XPS研究了SH-Fe-Mont对镉的吸附机制,结果表明,Cd能被SH-Fe-Mont以一种复杂的络合状态-S-Cd和FeOOCd^(+)固化。与对照组相比,施加2%SH-Fe-Mont后有效态镉含量降低71.2%,且活性高的可交换态和碳酸盐结合态之和由83.8%降低至47.4%,而稳定性较强的铁锰氧化结合态、有机结合态和残渣态之和由16.2%增加至52.6%,从而有效降低了镉的生物活性,进而减弱土壤中镉迁移的风险。该研究结果可为土壤和水中镉污染的钝化修复提供理论依据。 展开更多
关键词 蒙脱土 功能化 复合钝化剂 钝化修复
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贵州泥质灰岩中性自然与耕作黄壤镉的表面络合模型 被引量:1
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作者 李万利 安娅 +3 位作者 李梅 李治梅 杨阳 秦好丽 《环境化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2704-2716,共13页
贵州省黄壤Cd污染形势严峻,而地域性及母质分异会引起土壤表面酸碱性质及其对重金属Cd吸附行为的差异.本研究以贵州省黔西林泉镇泥质灰岩发育的不同深度4层中性自然黄壤和耕作黄壤为研究对象,基于土壤理化性质、连续电位滴定实验、不同p... 贵州省黄壤Cd污染形势严峻,而地域性及母质分异会引起土壤表面酸碱性质及其对重金属Cd吸附行为的差异.本研究以贵州省黔西林泉镇泥质灰岩发育的不同深度4层中性自然黄壤和耕作黄壤为研究对象,基于土壤理化性质、连续电位滴定实验、不同pH下两土壤对Cd的吸附实验,利用1-site/2-pKa表面络合模型(SCM)探究两土壤表面酸碱性质,模拟两土壤对Cd的吸附行为及其形态分布,同时探究耕作对土壤表面酸碱性质及其对Cd吸附行为的影响,并通过相关性分析解析两土壤组成与表面酸碱性质的关系.结果表明,基于电位滴定实验和SCM计算所得的两土壤表面位点浓度(Hs)和表面位点密度(D_(s))随土层深度基本呈下降趋势,自然黄壤Hs大于耕作黄壤,D_(s)反之.电荷零点的模型计算值(pHpzc,SCM)与实验值(pHpzc,M)十分接近且变化趋势一致,表明该模型对于泥质灰岩中性黄壤的表面酸碱性质具有较好的适用性.结合不同pH下两土壤对Cd的吸附实验,利用SCM拟合获得的吸附态、溶解态曲线与实验数据吻合好(r≥0.98),模型拟合≡SOH_(2)^(+)、≡SOH、≡SO−的3种表面位点的形态分布揭示Cd在不同pH下的吸附特征,说明1-site/2-pKa SCM可预测不同酸碱条件下Cd的存在形态及其在泥质灰岩中性土壤上的吸附行为.通过土壤酸碱性质参数和组分的相关性分析表明两土壤的表面酸碱活性位点主要受有机质影响,而土壤pHpzc基本由铁铝氧化铁决定.因耕作施肥造成自然黄壤与耕作黄壤之间有机质含量的差异,使耕作黄壤表现出较弱的缓冲能力和较大的缓冲范围;两土壤pHpzc较为接近,导致Cd的吸附行为无明显差异.研究显示,1-site/2-pKa SCM可用于准确描述泥质灰岩中性黄壤表面酸碱性质及Cd的吸附特征. 展开更多
关键词 贵州泥质灰岩 中性黄壤 CD 表面络合模型 表面酸碱性质 吸附 耕作.
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分子印迹掺氮二氧化钛的选择性光催化行为及其动力学研究 被引量:1
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作者 王梦祺 安娅 +1 位作者 田娟 秦好丽 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期186-191,共6页
为了探究分子印迹光催化剂的选择性降解行为,采用水热法,以钛酸丁酯为钛源、尿素为氮源、罗丹明B为模板分子,制备了分子印迹掺氮TiO_(2)。FT-IR、XRD、低温N_2吸附-脱附技术、UV-Vis DRS等表征结果显示,样品均为锐钛矿相;分子印迹一定... 为了探究分子印迹光催化剂的选择性降解行为,采用水热法,以钛酸丁酯为钛源、尿素为氮源、罗丹明B为模板分子,制备了分子印迹掺氮TiO_(2)。FT-IR、XRD、低温N_2吸附-脱附技术、UV-Vis DRS等表征结果显示,样品均为锐钛矿相;分子印迹一定程度地改善了光催化剂的孔隙结构,增大了孔容体积和比表面积,并且增强了可见光区的光吸收强度。可见光下催化剂对三苯甲烷类污染物罗丹明B、罗丹明6G和结晶紫的光降解表观速率常数(k_(ap))分别提高1.97、1.21和1.26倍,说明分子印迹不仅提高了光催化剂的可见光活性,而且对目标污染物表现出良好的选择性。结合等温吸附实验,以Langmuir-Hinshelwood动力学积分模型探究吸附平衡常数(K_(a))和降解反应速率常数(k_(r))对k_(ap)的贡献,发现罗丹明6G只与降解反应能力的提高有关,结晶紫同时归功于吸附和降解反应能力,罗丹明B则源于更为突出的吸附能力,该结果是由于模板分子印迹产生的特异识别位点所致。 展开更多
关键词 水热法 分子印迹掺氮二氧化钛 可见光 选择性 L-H动力学模型
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铅镉在玄武岩黄壤中的吸附行为及表面络合模型研究
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作者 张志涛 安娅 +2 位作者 李梅 杨阳 秦好丽 《江西农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1388-1400,共13页
【目的】为探究贵州黄壤对污染毒性较强的铅(Pb)和镉(Cd)元素的吸附特征及吸附机制,针对性地为农业土壤重金属Pb、Cd污染防治提供理论依据。【方法】以贵州省不同位点玄武岩母质黄壤为研究对象,根据1-site/2-p Ka广义复合表面络合模型(S... 【目的】为探究贵州黄壤对污染毒性较强的铅(Pb)和镉(Cd)元素的吸附特征及吸附机制,针对性地为农业土壤重金属Pb、Cd污染防治提供理论依据。【方法】以贵州省不同位点玄武岩母质黄壤为研究对象,根据1-site/2-p Ka广义复合表面络合模型(SCM)理论的相关公式,结合黄壤理化性质测定实验、电位滴定实验和Pb、Cd的吸附边实验,获得黄壤表面酸碱性质参数即模型参数,然后利用1-site/2-p Ka SCM模拟黄壤表面3种活性位点形态分布情况以及不同pH下的Pb、Cd吸附行为,探讨黄壤对Pb、Cd的吸附特征及吸附机理,进行相关性分析,解析影响黄壤对Pb、Cd吸附的因素。【结果】根据SCM理论相关公式,计算获得4个黄壤样品的电荷零点pHpzc,SCM分别为5.040、5.549、7.984、4.297,表面位点浓度(Hs)分别为0.137,0.183,0.181,0.308 mol/kg,表面位点密度(Ds)分别为4.519,2.571,2.122,3.664 sit/nm^(2);通过SCM模拟了不同pH条件下黄壤表面≡SOH2+、≡SOH、≡SO-形态的变化,并初步解释了Pb、Cd在黄壤表面的吸附机理,同时拟合了不同pH下Pb、Cd在黄壤表面的吸附行为(相关系数R≥0.96),说明SCM适用于描述黄壤表面Pb、Cd的吸附特征。吸附边实验表明Pb、Cd初始浓度以及土壤环境的pH均会影响Pb、Cd在黄壤表面的吸附行为,且Pb、Cd在黄壤表面的吸附存在差异;黄壤对Pb的吸附能力大于Cd,不仅源于Pb具有更小的水合离子半径和更大的水解常数,且由SCM计算络合平衡常数lg KSOPb大于lg KSOCd,表明Pb在黄壤表面形成的络合物比黄壤Cd的络合物稳定。相关性分析表明黄壤Hs主要受铁铝氧化物和有机质的影响,pH对黄壤pHpzc及lg KSOCd、lg KSOPb有重要影响。【结论】1-site/2-p Ka SCM对于准确描述贵州玄武岩母质黄壤表面Pb、Cd吸附特征及解释Pb、Cd的吸附机制具有很好的适用性,可为重金属在农业土壤中的迁移转化行为研究提供参考。 展开更多
关键词 玄武岩黄壤 PB CD 表面络合模型 吸附特征 吸附机制
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Studies on the phase properties of lyotropic liquid crystals of Brij35/sodium oleate/oleic acid/water system: By means of polarizing microscope, SAXS, 2H-NMR and rheological methods 被引量:4
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作者 an ya XU Jun +6 位作者 ZHanG Jin HU Changgang LI Ganzuo WanG Zhining WanG Zhongni ZHanG Xiaoyi ZHENG Liqiang 《Science China Chemistry》 SCIE EI CAS 2006年第5期411-422,共12页
The pseudo-quaternary phase diagram of Brij35/sodium oleate/oleic acid/watersystems has been investigated,and the liquid crystal area has been identified,which covers abouttwo thirds of the whole phase diagram.The liq... The pseudo-quaternary phase diagram of Brij35/sodium oleate/oleic acid/watersystems has been investigated,and the liquid crystal area has been identified,which covers abouttwo thirds of the whole phase diagram.The liquid crystal structure and behavior have been alsostudied by using polarizing texture,small angle X-ray scattering,~2H-NMR and rheometer etc.Theresult shows that when the composition of the system changes along the line of AA′in this largeliquid crystal region,the structural change iscubic→cubic/lamellar→lamellar→larnellar/hexagonal→hexagonal.Meanwhile,we made the firstattempt of systematic study of the rheological properties of the above system.The lattice constantsof cubic and hexagonal liquid crystals are 10.53 and 5.68 nm,respectively. 展开更多
关键词 Brij35 lyotropic liquid crystals ~2H-NMR polarizing textures small angleX-ray scattering rheological properties
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