3.2.2土壤环境中重金属的迁移转化在线视频

同学们大家好

下面我们一起来学习土壤环境中

重金属的迁移转化

土壤中重金属的迁移转化主要有以下

几个过程，即离子交换

吸附-解吸

溶解-沉淀

氧化-还原以及有机质对重金属离子的

吸附与配位作用

首先我们来看离子交换

离子交换为非专性吸附

指重金属离子通过与土壤表面

电荷之间的静电作用而被土壤吸附

土壤表面一般带负电荷

因此可以吸附带正电的金属离子

层状硅酸盐表面二价和三价过渡

重金属离子会表现出典型的离子交换特性

土壤中层状硅酸盐含有永久性电荷

在适宜的pH值条件下进入其中的重金属

可以离子态存在

因而土壤可通过静电引力

吸持重金属离子

阳离子交换容量大的土壤

具有较高吸附重金属离子的能力

而对于带负电荷的重金属含氧基团的

吸附量则比较小

土壤黏粒通过静电引力吸持金属离子的反应

其可逆性会受到pH值的影响

如层状硅酸盐与钴、锌等离子的交换反应

仅在pH值小于6时是可逆的

当pH值较高时

由于重金属离子的水解作用而产生

强烈的专性吸附

则是不可逆过程

下面我们来看吸附-解吸

控制土壤环境中重金属吸附的动力学过程

包括以下4个方面

即溶液中溶质转移至边界层上

金属离子从边界层转移至土壤颗粒表面

离子的吸附

以及溶质在土壤内部的扩散

吸附反应可以分成两大类

即物理吸附和化学吸附

其中物理吸附是重金属

在土壤环境中通过较弱的原子和分子

相互作用力即范德华力而黏附

原子间的电子云并没有显著的迭盖效应

是一种界面上迅速而非活化的过程

这是比较典型的几种吸附等温线的形状

如S型

L型

H型和C型

值得注意的是重金属的化学性质

在吸附和解吸的过程中基本保持不变

这是物理吸附的一个重要特征

在其他课程中

物理吸附我们学习了很多

在土壤污染控制课中就不作为

重点内容来论述了

下面我们来看化学吸附

化学吸附又称为专性吸附

是指重金属离子通过

与土壤中金属氧化物表面的

羟基等配位基或土壤有机质

配位而结合在土壤表面的过程

化学吸附可以发生在带不同电荷的表面

也可以发生在中性表面

其吸附量的大小不决定于土壤表面

电荷的多少和强弱

进入土壤中的重金属离子大部分被其

组分吸持而不可逆

这是由于土壤中金属氧化物和

氢氧化物以及无定形

硅铝酸盐等能提供化学吸附

表面位点

每吸附一个金属离子就会有两个氢离子释放

某些氧化物对特定的金属离子会具有

高度的专性吸附

由于吸附作用的结果会改变氧化物的

表面电荷性质

可归因于化学吸附

增加了表面正电荷

另外

化学吸附作用取决于

吸附剂的结晶度和表面形态差异

化学吸附作用的可逆性

对于评价土壤重金属的累积作用

和潜在危害十分重要

另外

大家注意解吸作用需要一定的活化能

且其活化能通常比吸附作用大的多

因此

吸附反应速率较解吸反应也会快得多

我们称之为解吸的滞后现象

应该说化学吸附的本质不同于

离子交换吸附，专性吸附的重金属离子通常

不能被中性盐所交换

只能被亲和力更强和性质相似的元素

所解吸或部分解吸

因此进入土壤体系中的重金属一旦

发生化学吸附就是不可逆的过程

这对土壤环境中重金属污染物的固定

和吸持有重要的意义

下面我们来看另外一种

溶解与沉淀

在自然土壤体系中重金属的浓度一般较低

此时沉淀作用对土壤中重金属的迁移

与转化影响较小

而当重金属污染非常严重时

土壤则可能发生重金属沉淀

从而降低重金属在土壤溶液体系中的

浓度和有效性

如被铅污染的土壤中

土壤碳酸盐可与之反应形成沉淀

从而制约土壤溶液中铅离子的浓度

我们说铁、铝、锰氧化物等土壤中固有的体系也会

与其它重金属作用

从而形成土壤环境中金属的共沉淀

我们再来看氧化-还原

在土壤环境体系中重金属氧化态越高

其可溶性一般会越小

所以土壤中氧对重金属的直接氧化或

氧化锰的催化氧化作用都可以降低

重金属在土壤体系中的溶解度

一般重金属的低价态化合物毒性

要高于高价态化合物

如我们前边举过例子的砷

三价砷的毒性要高于五价砷

而一些特殊的重金属如铬其六价毒性

要高于三价铬

甚至高到100倍以上

下面我们来看有机物对重金属的溶解作用

某些有机分子能与重金属离子产生配位作用

增加矿物表面重金属的溶解度

从而提高土壤溶液中重金属离子的浓度

有机质的还原反应还能引发或促进

重金属的溶解作用

因而有机质会使土壤表面的金属离子减少

如胡敏酸可还原二价汞为单质汞

六价Mo可以还原为五价或者三价的Mo

从而改变其在土壤中的溶解度

虽然有机质对金属离子的吸附

可看做有机质酸性官能团中氢离子

与金属间的离子交换

但有机质对某些金属的高度选择性

充分表明有些金属离子能与有机质中

官能团形成内配化合物

有机质对金属离子亲合力的顺序

取决于有机质特性

试验pH值和测定方法

特别是金属吸附选择系数

在很大程度上取决于金属离子的吸附

饱和度及存在的竞争离子

最后我们还要注意土壤中重金属与

有机污染物会存在一定的交互作用

主要表现在以下几个方面

首先吸附行为存在交互作用

重金属的存在通常不会影响有机污染物

特别是分子形态存在的有机物在土壤上的吸附

但极性有机污染物

则可以通过静电作用

以及在土壤中的黏粒矿物上形成氢键等方式

被吸附在土壤表面

从而可能和重金属发生竞争吸附

如添加柠檬酸、EDTA等可降低镉

在黄棕壤和青黑土中的吸附

有机污染物如邻苯二胺

邻苯二酚及氨基乙酸的存在

对镉的吸附-解吸具有非常明显的影响

特别是在酸性介质中更是如此

另外我们看化学过程的交互作用

有机污染物通常与重金属共存

其直接结果就是可能形成重金属-有机配合物

将显著改变重金属以及有机污染物

在土壤中的物理化学行为

从而使得土壤表面对重金属的保持能力

水溶性、生物有效性等发生一系列的改变

如六价铬和有机污染物存在交互作用

铜和邻苯二胺在土壤环境中也存在

明显的交互作用

最后

我们来看土壤生物学过程的交互作用

重金属-有机污染复合物对土壤生物学过程的作用

主要是通过重金属影响酶及其生物活性

从而间接影响有机污染物的降解

也可通过改变土壤的氧化-还原能力

而影响有机污染物-重金属的交互作用

这无论对于土壤中重金属的迁移转化规律

有机污染物的迁移转化规律

还是复合污染的迁移转化

以及对于土壤污染的控制都是

至关重要的

这一部分的内容就到这里

谢谢大家