1 沈阳师范大学生命科学学院, 辽宁 沈阳 110031
3 陕西科技大学环境科学与工程学院, 陕西 西安 710021
铁锰结核是具有高反应活性的矿物复合体; 与海洋铁锰结核不同, 土壤铁锰结核常在干湿交替、 水气干扰条件下存在, 形成了独具特色的地球化学特征。 作为土壤“新生体”, 不同地区铁锰结核常表现出较大差异。 研究典型区域土壤铁锰结核与重金属的结合行为, 有助于深入了解铁锰结核的微生态属性, 对于后续土壤的开发利用、 保育改良、 污染修复等都具有战略性指导意义。 目前, 关于中国西部地区土壤铁锰结核的相关研究极少, 本研究有望从光谱学层面弥补领域不足、 充实科学体系。 采用水洗法获得西部地区土壤铁锰结核, 使用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、 紫外-可见光谱(UV-Vis)、 X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征铁锰结核主量元素和结构特点。 通过静态批次实验考察铁锰结核与Cd的结合行为, 探讨时间、 Cd溶液浓度和温度对吸附的影响, 引入动力学方程和等温线方程拟合反应过程, 计算热动力学参数并探讨吸附后铁锰结核的洗脱可能性。 不同粒径铁锰结核主量元素氧化物都以Fe2O3, SiO2, Al2O3, MnO为主, Fe2O3含量最高, SiO2次之; 铁锰结核与土壤基质的矿物组成高度相似, FTIR图谱证实—OH, Si—O—Si (Al), Fe(Mn)—O等基团的存在。 吸附过程总体表现为“先快后慢”: 反应6 h后的吸附量Q为4.96 mg·g-1, 至12 h后吸附效果趋于不变。 Cd溶液浓度的增加有助于吸附量Q的升高, 温度对吸附反应的影响较小。 准二级动力学方程可以更好地拟合吸附反应(R2为0.994 3), 说明化学吸附为控速步骤。 Langmuir方程的拟合系数(R2为0.999 1)高于Freundlich方程, 表明吸附反应属于单分子层化学吸附。 吸附过程自发、 吸热且存在络合性吸附, 反应后体系混乱度增加。 由自来水配制的0.1 mol·L-1 HCl溶液的洗脱效果更好。 本研究可以为后续(光谱层面的)反应机制剖析提供基础数据。
土壤铁锰结核 镉 吸附 洗脱 Soil Fe-Mn nodules Cadmium Adsorption Desorption
1 华东师范大学地理科学学院, 上海 200214
2 安徽师范大学国土资源与旅游学院, 安徽 芜湖 241003
3 安徽师范大学环境与地理信息工程安徽省工程技术研究中心, 安徽 芜湖 241003
4 浙江师范大学地理与环境学院, 浙江 金华 321004
在中国南方第四纪红土剖面中普遍发育一种黑褐色, 形状规则或者不规则的新生体, 由于其含有较高的Fe和Mn元素而被称为铁锰结核。 铁锰结核被认为是土壤中温度、 水分、 氧化还原条件变化而形成的土壤新生体, 因此它被认为是环境信息的良好载体。 尤其是结核内部发育的环带状构造, 被认识是结核形成过程气候干湿变化的结果。 因此对结核内部微小区域的研究, 有助与理解红土母质的风化过程以及结核的形成原因。 X射线荧光光谱分析在20世纪80年代初已是一种成熟的分析方法, 是实验室、 现场分析主、 次量和痕量元素的首选方法之一。 运用帕纳科Zetium X射线荧光光谱仪的微小区域分析工具对铜陵第四纪红土中结核内部由核心至边缘的主量元素分布状况进行分析, 结果表明, XRF微小区域分析功能可以快速有效的分析样品内元素的分布状况。 结核内部元素分布情况来看, 铜陵剖面内铁锰结核内部颜色深浅变化主要是由于Mn元素含量的变化而引起的。 结核的核心Mn元素含量最高, 由核心向边缘呈现高低交替变化特征。 指示结核形成初期, 由于气候相对干旱, Mn元素由低价离子态氧化成高价化合物后发生淀积。 结核内部浅色环带Si和Al元素含量明显较深色环带高, 可能代表了相对湿润的气候时期。
微束X射线荧光光谱分析 铁锰结核 环境变化 Microbeam X-ray fluorescence spectrum analysis Iron-manganese nodules Environmental change 光谱学与光谱分析
2017, 37(6): 1955
