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外加陰離子吸附劑對復(fù)合污染黃土淋洗過程養(yǎng)分淋失的減緩機制（Ⅱ）

文檔作者：范春輝１高雅琳１張穎超２常敏１文檔來源：１暢陜西科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院２暢清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月11日
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第３ ６ 卷，第４ 期　　　　　　　　　　　　光譜學(xué)與光譜分析Vol暢３６ ，No暢４ ，pp１２０５‐１２１０
２ ０ １ ６ 年４ 月　　　　　　　　　　　　Spectroscopy and Spectral Analysis April ，２０１６ 　
外加陰離子吸附劑對復(fù)合污染黃土淋洗過程養(yǎng)分淋失的減緩機制（ Ⅱ ）
范春輝１ ，高雅琳１ ，張穎超２ ，常　敏１
１暢陜西科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，陜西西安　７１００２１
２暢清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京　１０００８４
摘　要　化學(xué)淋洗法是常用的污染場地修復(fù)方法，其經(jīng)濟性、簡便性、安全性等指標較其他方法有較大優(yōu)
勢。化學(xué)淋洗法存在的弊端之一是淋洗過程土壤伴存養(yǎng)分的同步淋失，若能在此瓶頸問題上有所突破，將會
大大促進淋洗法場地修復(fù)的應(yīng)用進程。本文研究的目標在于揭示合成秸稈基陰離子吸附劑對養(yǎng)分淋失的減
緩機制，采用吸附平衡模式（等溫線和動力學(xué)）與光譜分析技術(shù)（SEM 和FT‐IR）相結(jié)合，力圖從微觀層面驗
證宏觀研究結(jié)果。Langmuir 和準二級動力學(xué)方程能更好地描述硝酸根和磷酸根的吸附行為，由Langmuir 方
程計算得出qm 分別為７暢５０７ ５ 和４暢１９４ ６ mg · g － １ ，吸附反應(yīng)為單層吸附和優(yōu)惠吸附過程，主要控速步驟為
化學(xué)吸附。陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸附活化能（２９８ K）Ea 分別為４２暢２５ 和３９暢３８ kJ · mol－ １ ，吸
附反應(yīng)自發(fā)、吸熱。純凈水和KOH 能夠?qū)崿F(xiàn)陰離子吸附劑的再生，超聲輔助和延長解吸時間對于解吸效果
略有促進作用。吸附后陰離子吸附劑表面被點狀分布的細微顆粒物覆蓋，解吸后僅有少量枝狀物零星分布。
吸附前后FTIR 圖譜的主要波峰紅移或藍移，證實陰離子吸附劑表面及內(nèi)部官能團通過靜電作用與硝酸根
和磷酸根結(jié)合。陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸持固定是物理吸附和化學(xué)吸附共同作用的結(jié)果。
關(guān)鍵詞　黃土淋洗；養(yǎng)分淋失；減緩機制；陰離子吸附劑
中圖分類號：X５３ ；O６４７ 　　文獻標識碼：A 　　　DOI ：１０暢３９６４／j暢issn暢１０００‐０５９３（２０１６）０４‐１２０５‐０６
　收稿日期：２０１４‐１１‐１１ ，修訂日期：２０１５‐０２‐２６
　基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（２１４０７１０３） ，中國博士后科學(xué)基金項目（２０１２M５１１９６８）和陜西科技大學(xué)科研基金項目（２０１４xhbz‐０６）資助
　作者簡介：范春輝，１９８２ 年生，陜西科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院講師　　e‐mail ：frank＿van３９１＠ １６３暢com
引　言
　　土壤污染是極具代表性的環(huán)境問題之一，目前已成為全
社會關(guān)注的焦點［１］ 。據(jù)保守估計，我國受污染耕地約有１暢５
億畝，占總耕地面積的８暢３％ ，且呈現(xiàn)污染性質(zhì)復(fù)雜、區(qū)域分
布不均等特點［２］ 。在一些地區(qū)，土壤污染治理、耕地環(huán)境保
護已經(jīng)或即將被列入政府績效考核體系，成為與GDP 并行
不悖的硬性指標。對于污染土壤的修復(fù)和治理，有助于土壤
基本生態(tài)功能的恢復(fù)和保育，對于保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、實
現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
國內(nèi)外學(xué)者對土壤污染修復(fù)技術(shù)進行了廣泛的研究和探
討，發(fā)現(xiàn)固定／穩(wěn)定化、多相萃取、物理分離、生物修復(fù)等主
流方法各有利弊［３ ］ 。異位化學(xué)淋洗法作為一類典型的處理技
術(shù)，由美國國家環(huán)保局（USEPA）于１９８０ 年率先提出。隨著
研究過程的深入，發(fā)現(xiàn)污染土壤淋洗過程極易導(dǎo)致土壤養(yǎng)分
的同步淋失，這與土壤修復(fù)的核心理念略有相悖。國內(nèi)外學(xué)
者就土壤淋洗養(yǎng)分淋失問題進行了大量的假設(shè)，也初步進行
了實驗室規(guī)模的探索性嘗試，但迄今為止仍未找到行之有效
的解決辦法［４］ 。
筆者長期從事污染土壤修復(fù)研究工作［５‐６］ 。前期以玉米
秸稈為原料，采用接枝改性法合成了一種陰離子吸附劑。發(fā)
現(xiàn)將此陰離子吸附劑均勻添加入鉛／鎘復(fù)合污染黃土，在淋
洗過程中能夠有效減緩黃土養(yǎng)分（硝酸根和磷酸根） 的淋
失，同時對鉛／鎘去除率的干擾很小，其安全性和實用性基
本令人滿意。本文基于上述研究成果，在溶液體系中通過等
溫線和動力學(xué)模型探討陰離子吸附劑與硝酸根和磷酸根的結(jié)
合特性，采用SEM 、FTIR 等手段深度揭示陰離子吸附劑對
黃土養(yǎng)分淋失的減緩機制，力圖為區(qū)域污染場地修復(fù)提供參
考和借鑒。
１ 　實驗部分
1暢1 　儀器與試劑
集熱式磁力攪拌器（HJ‐８ ，常州國華） ，數(shù)控超聲波發(fā)生
器（KQ‐３００DE ，昆山舒美） ， 紫外‐可見光譜儀（UV２６００ ，
UNICO） ，原子吸收光譜儀（Z‐２０００ ，HITACHI） ，掃描電鏡
（S‐４８００ ，HITACHI） ，紅外光譜儀（VECTOR‐２２ ，BRUKER）
。實驗用水為桶裝純凈水，EDTA ，Pb（NO３ ）２ 、CdCl２ 等
化學(xué)試劑均為分析純。供試黃土樣品的采集以及預(yù)處理方法
等參見文獻［７］ ，此處不再贅述。
1暢2 　方法
１暢２暢１ 　陰離子吸附劑對Pb（ Ⅱ ）和Cd（ Ⅱ ）的吸附效果
稱取（１ ± ０暢０１） g 陰離子吸附劑于具塞錐形瓶中，分別
向錐形瓶中加入２０ mL Pb（ Ⅱ ）溶液和２０ mL Cd（ Ⅱ ）溶液，
其中Pb（ Ⅱ ）和Cd（ Ⅱ ）濃度分別為１０ ，２０ ，５０ ，１００ ，２００ ，
５００ ，１ ０００ mg · L － １ 。將錐形瓶于２５ ℃ 和１２０ r · min－ １ 搖床
中振蕩２４ h 后，溶液于５ ０００ r · min－ １ 離心１０ min ，測定上
清液中Pb（ Ⅱ ）和Cd（ Ⅱ ）含量。
１暢２暢２ 　吸附等溫線
稱取（０暢１ ± ０暢００１） g 陰離子吸附劑于具塞錐形瓶中，分
別向錐形瓶中加入２０ mL 硝酸根溶液和２０ mL 磷酸根溶液，
其中硝酸根和磷酸根濃度分別為０暢５ ，１暢０ ，２暢０ ，５暢０ ，１０ ，
２０ ，３０ ，５０ 和１００ mg · L － １ 。即第一個錐形瓶中裝有２０ mL
０暢５ mg · L － １ 的硝酸根溶液和２０ mL ０暢５ mg · L － １ 的磷酸根
溶液，第二個錐形瓶中裝有２０ mL １暢０ mg · L － １ 的硝酸根溶
液和２０ mL １暢０ mg · L － １ 的磷酸根溶液，以此類推。將錐形
瓶于２５ ℃ 和１２０ r · min－ １ 搖床中振蕩２４ h 后，溶液于５ ０００
r · min－ １ 離心１０ min ，測定上清液中硝酸根和磷酸根含量。
每個樣品測定三次，以平均值為結(jié)果。同時做空白對照實
驗。
１暢２暢３ 　吸附動力學(xué)
稱取（０暢１ ± ０暢００１） g 陰離子吸附劑于具塞錐形瓶中，分
別向錐形瓶中加入２０ mL 濃度為１００ mg · L － １ 的硝酸根溶液
和２０ mL 濃度為１００ mg · L － １ 的磷酸根溶液。將錐形瓶于２５
℃ 和１２０ r · min－ １ 搖床中振蕩，其余處理步驟同１暢２暢２ 。
１暢２暢４ 　解吸實驗
將吸附平衡后的陰離子吸附劑置于具塞錐形瓶中，分別
加入不同種類解吸液，其中陰離子吸附劑質(zhì)量與解吸液體積
比（m ∶ v ，g · mL － １ ） 為１ ∶ １００ ，KOH 溶液濃度０暢１ mol ·
L － １ 。將錐形瓶于２５ ℃ 和１２０ r · min－ １ 條件下振蕩，溶液于
５ ０００ r · min－ １ 離心１０ min ，測定上清液中硝酸根和磷酸根
含量并計算解吸率。
1暢3 　分析方法與質(zhì)量控制
鉛和鎘含量采用原子吸收法檢測，硝酸根和磷酸根分別
采用酚二磺酸比色法和鉬銻抗比色法測定［８］ 。FTIR分析采
用KBr 壓片法，掃描范圍４ ０００ ～ ４００ cm－ １ 。所有玻璃器皿
使用前均經(jīng)１０％ HNO３ 浸泡２４ h ，經(jīng)純凈水洗凈后備用。采
用Origin ６暢０ 軟件進行數(shù)據(jù)處理和繪圖。
２ 　結(jié)果與討論
2暢1 　陰離子吸附劑對Pb（ Ⅱ ）和Cd（ Ⅱ ）的吸附效果
通過靜態(tài)批次實驗考察陰離子吸附劑對Pb（ Ⅱ ）和Cd
（ Ⅱ ）的吸附效果，結(jié)果如圖１ 所示。陰離子吸附劑對水體Pb
（ Ⅱ ）和Cd（ Ⅱ ）的吸附量微乎其微；在Pb（ Ⅱ ）和Cd（ Ⅱ ）濃度
為１ ０００ mg · L － １ 時，對應(yīng)的吸附量僅為０暢０５４ 和０暢０５９
mg · g － １ ，基本可以忽略不計。這證明了陰離子吸附劑合成
過程的有效性，也為后續(xù)硝酸根和磷酸根的吸持固定提供了
客觀保障。
圖1 　陰離子吸附劑對Pb（ Ⅱ ）和Cd（ Ⅱ ）的吸附效果
Fig暢1 　Adsorption effect of Pb（ Ⅱ ） and
Cd（ Ⅱ ） on anion adsorbent
2暢2 　吸附等溫線
陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸附等溫線結(jié)果見圖
２ 和表１ 。在實驗條件下，Langmuir 和Freundlich 方程都可
以描述硝酸根和磷酸根的吸附行為，但Langmuir 方程的擬
合效果更好，推測陰離子吸附劑表面性質(zhì)比較均一，吸附過
程可能為單層吸附［９］ ；反應(yīng)過程的kL 值分別為０暢１１５ ７ 和
０暢１７２ ３ ，表明陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸附能力
較強。由Langmuir方程計算得出qm 分別為７暢５０７ ５和４暢１９４ ６
mg · g － １ ，這與實際測試結(jié)果基本相符。Freundlich 方程中
的n值分別為１暢５５７ ９ 和１暢８０２ ５ ，說明硝酸根和磷酸根的吸
１２０６ 光譜學(xué)與光譜分析 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 ３６ 卷
圖2 　陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸附等溫線
Fig暢2 　Adsorption isotherms of nitrate and phosphate on anion adsorbent
表1 　陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸附等溫線參數(shù)
Table 1 　Parameters of adsorption isotherms of nitrate and phosphate on anion adsorbent
Langmuir isotherm equation
Equation kL qm R２ Freundlich isotherm equation
kF n R２ Equation Nitrate y ＝ ０暢 １３３ ２ x ＋ １暢 １５１ ２ ０暢 １１５ ７ ７暢 ５０７ ５ ０暢 ９８３ ８ ０暢 ６７９ ２ １暢 ５５７ ９ ０暢 ９７２ ０ y ＝ ０暢 ６４１ ９ x － ０暢 １６８ ０ Phosphate y ＝ ０暢 ２３８ ４ x ＋ １暢 ３８３ ３ ０暢 １７２ ３ ４暢 １９４ ６ ０暢 ９９１ １ ０暢 ５３２ ６ １暢 ８０２ ５ ０暢 ９６１ ４ y ＝ ０暢 ５５４ ８ x － ０暢 ２７３ ６ 附過程為優(yōu)惠吸附。
2暢3 　吸附動力學(xué)
陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸附動力學(xué)參數(shù)如圖
３ 和表２ 所示。準二級動力學(xué)方程更有助于描述硝酸根和磷
酸根的結(jié)合過程，擬合系數(shù)R２ 分別為０暢９６４ ３ 和０暢９６７ ３ 。
吸附行為總體上為準二級反應(yīng)，推測吸附反應(yīng)的主要控速步
驟為化學(xué)過程，界面表面作用和層間擴散貢獻較大［１０］ 。對于
硝酸根和磷酸根，準二級常數(shù)k２ 分別為０暢００１ １ 和０暢００３ １ ，
圖3 　陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸附動力學(xué)
Fig暢3 　Adsorption kinetics of nitrate and phosphate on anion adsorbent
表2 　陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸附動力學(xué)參數(shù)
Table 2 　Parameters of adsorption kinetics of nitrate and phosphate on anion adsorbent
Pseudo first order kinetic equation
Equation k１ qe R２ Pseudo second order kinetic equation
k２ qe R２ Equation
Nitrate y ＝ － ０暢 ０１６ ０ x ＋ ０暢 ９７８ ７ ０暢 ０３６ ８ ９暢 ５２１ ４ ０暢 ９１７ ３ ０暢 ００１ １ １０暢 ９０５ １ ０暢 ９６４ ３ y ＝ ０暢 ０９１ ７ x ＋ ７暢 ６４６ ０ Phosphate y ＝ － ０暢 ０１２ １ x ＋ ０暢 ６６７ ６ ０暢 ０２７ ９ ４暢 ６５１ ６ ０暢 ９２６ ５ ０暢 ００３ １ ５暢 ３０２ ２ ０暢 ９６７ ３ y ＝ ０暢 １８８ ６ x ＋ １１暢 ３２４ ０ 第 ４期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 光譜學(xué)與光譜分析 １２０７
表明磷酸根的吸附速率更快；但實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)陰離子吸附劑
對硝酸根的吸附量更大，這暗示了磷酸根的吸附平衡時間可
能更短。
2暢4 　吸附熱力學(xué)與解吸實驗
根據(jù)Arrhenius 定律計算表觀吸附活化能Ea ，同時結(jié)合
表3 　陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的吸附熱力學(xué)參數(shù)
Table 3 　Parameters of adsorption thermodynamics of
nitrate and phosphate on anion adsorbent
T／K Δ H／（kJ · mol － １ ） Δ S／［J · （K · mol） － １ ］ Δ G／（kJ · mol － １ ）
２８８
２９８
３０８
３１８ ２８暢 ３９a ，２５暢 １４b １１５暢 ２６a ，８９暢 ４３b － ８暢 ８３a ， － ６暢 ２５b － ９暢 １５a ， － ６暢 ８８b － ９暢 ４７a ， － ７暢 ５１b － ９暢 ７９a ， － ８暢 １４b 注：表３ 中數(shù)據(jù)右上標a 和b 分別代表硝酸根和磷酸根，表４ 同
表4 　陰離子吸附劑的解吸再生效果
Table 4 　Desorption efficiency of anion adsorbent
under different conditions
Reagent Operation conditions t／min Desorption rate／％
Water Normal ６０ ５２暢 １３a ，４３暢 ２３b Normal ２４０ ５６暢 ９６a ，４５暢 １５b Ultrasonic‐assisted／（２５ W） ６０ ５５暢 ８９a ，５２暢 ５９b Ultrasonic‐assisted／（２５ W） ２４０ ６０暢 ２１a ，５５暢 ３７b Ultrasonic‐assisted／（１００ W） ６０ ５９暢 ４６a ，６０暢 １３b Ultrasonic‐assisted／（１００ W） ２４０ ６１暢 ２３a ，６２暢 ２５b KOH Normal ６０ ６６暢 ４１a ，４９暢 ８８b Normal ２４０ ６９暢 ８７a ，５０暢 ８５b Ultrasonic‐assisted／（２５ W） ６０ ７０暢 ２５a ，５２暢 ３３b Ultrasonic‐assisted／（２５ W） ２４０ ７３暢 ２５a ，５５暢 １８b Ultrasonic‐assisted／（１００ W） ６０ ７２暢 ２３a ，５９暢 ２５b Ultrasonic‐assisted／（１００ W） ２４０ ７４暢 ５９a ，６０暢 ３９b 公式（Δ G ＝ － RTlnK 和Δ G ＝ Δ H － TΔ S） 確定反應(yīng)過程的
Δ H（焓變） 、Δ S（熵變） 和Δ G （自由能變）［１１］ ，詳細推導(dǎo)過程
略。經(jīng)計算得出２９８ K 下，陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根
的吸附活化能Ea 分別為４２暢２５ 和３９暢３８ kJ · mol－ １ 。通常認
為，Ea 大于４０ kJ · mol－ １ 說明吸附過程屬于化學(xué)吸附［１２］ 。
本研究得到的Ea 非常接近４０ kJ · mol－ １ ，同時結(jié)合吸附等
溫線和動力學(xué)的研究結(jié)果，認為陰離子吸附劑對硝酸根和磷
酸根的吸附過程可能兼具化學(xué)吸附和物理吸附效應(yīng)。由表３
可知：硝酸根和磷酸根的吸附過程能夠自發(fā)進行（Δ G ＜ ０） ，
體現(xiàn)了吸附過程的優(yōu)惠性。反應(yīng)過程的Δ H 為正，說明吸附
過程為吸熱反應(yīng)；而Δ S 大于０ 則暗示吸附過程以熵推動為
主。深入進行解吸實驗發(fā)現(xiàn)（表４） ：純凈水和KOH 溶液都能
實現(xiàn)陰離子吸附劑的再生，KOH 溶液對陰離子吸附劑的解
吸效果更好。原因在于OH － 的親核能力更強，對被吸附的
硝酸根和磷酸根具有更好的取代置換效果。此外，超聲輔助
也有助于解吸效率的提高，但組間差異不明顯；硝酸根的解
吸率略高于磷酸根，但都沒有超過７５％ ，可能源于吸附過程
涉及物理和化學(xué)吸附作用，可與上述研究結(jié)果相互印證。
2暢5 　SEM
采用掃描電子顯微鏡（SEM）研究吸附劑［圖４（a）］ 、吸附
硝酸根和磷酸根的吸附劑［圖４ （b）］和解吸后吸附劑［圖４
（c） ，解吸液為純凈水］的形貌特性，結(jié)果見圖４ 。吸附硝酸根
和磷酸根后，陰離子吸附劑表面被若干細微顆粒物覆蓋，呈
粗糙點狀分布態(tài)，偶見裂紋或垢狀物質(zhì)，推測這是吸附質(zhì)和
活性官能團結(jié)合效應(yīng)的體現(xiàn)。解吸后的陰離子吸附劑表面大
部分垢狀物質(zhì)已消失，只剩下少量枝狀物零星分布于吸附劑
表面，吸附劑部分光滑表面重新展現(xiàn)。通常認為，吸附作用
包括物理吸附和化學(xué)吸附，后者很難通過常規(guī)解吸手段實現(xiàn)
吸附劑再生［１３］ ；結(jié)合陰離子吸附劑的表面特點（疏松、多
孔） ，認為陰離子吸附劑與硝酸根和磷酸根的結(jié)合行為可能
兼具物理吸附和化學(xué)吸附效應(yīng)。
圖4 　陰離子吸附劑反應(yīng)前后的掃描電鏡圖片
Fig暢4 　SEM micrographs of anion adsorbent before and after adsorption and desorption
2暢6 　FTIR
為了深入驗證陰離子吸附劑對硝酸根和磷酸根的淋溶減
緩效應(yīng)，采用FTIR 揭示反應(yīng)過程屬性，結(jié)果見圖５ 。圖譜中
比較明顯的變化有：３ ４６２ cm － １ 處（譜a）的波峰移動至３ ４５６
cm － １ （譜b）和３ ４６７ cm － １ 處（譜c） ，此處波峰主要為陰離子
吸附劑表面及內(nèi)部活性O(shè) — H 的（不）對稱伸縮振動峰；
１ ６３５ cm － １ 處（譜a）的振動峰定位于１ ６３７ cm － １ （譜b）和
１ ６３３ cm － １ 處（譜c） ，源于木質(zhì)素C O 的伸展振動；１ １４２
cm － １ 處（譜a）的特征峰變?yōu)椋?１３６ cm－ １ （譜b）和１ １４０ cm － １
（譜c） ，對應(yīng)于P O 的伸縮振動吸收帶；此外，１ ５５２ ～
１ ２６１ cm － １ 區(qū)間發(fā)現(xiàn)若干小峰。而譜a 和譜d 波峰峰位的差
異不明顯，證明少有官能團參與陰離子吸附劑對鉛／鎘的吸
１２０８ 光譜學(xué)與光譜分析 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 ３６ 卷
附過程。譜b 和譜c 主要振動峰紅移或藍移，源于陰離子吸
附劑表面及內(nèi)部官能團通過靜電作用與硝酸根和磷酸根結(jié)
合［１４］ ；鑒于FTIR 圖譜波峰變化幅度不顯著，推測物理吸附
也將對硝酸根和磷酸根的吸持固定有重要貢獻。
圖5 　陰離子吸附劑反應(yīng)前后的紅外光譜
Fig暢5 　FTIR spectra of anion adsorbent
before and after adsorption
a ：Anion adsorbent ； b ：Anion adsorbent ＋ nitrate ；
c ：Anion adsorbent ＋ phosphate ； d ：Anion adsorbent ＋ Pb ＋ Cd
　　將理論模型和光譜技術(shù)相結(jié)合，通過靜態(tài)批次實驗探討
陰離子吸附劑對黃土硝酸根和磷酸根淋失的減緩機制，一定
程度上完善了同類研究的不足之處。但筆者認為各種光譜技
術(shù)的研究對象都有一定局限性，后續(xù)可將光譜技術(shù)聯(lián)用以獲
得更多的物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息和界面反應(yīng)機制。尤其對于多元吸附
體系，更需要多種方法的協(xié)同驗證，比如XAS ，EPR ，NMR
等。其次，對于微觀證據(jù)的研究要不斷加強。本研究采用的
光譜手段很大程度上依賴適當?shù)哪Ｐ突衔飦斫馕鑫镔|(zhì)結(jié)構(gòu)
信息，若能輔以量子化學(xué)計算和密度泛函理論等手段，將會
有助于檢測信號的歸屬判定。此外，要特別注意待測目標組
分所處環(huán)境體系條件的區(qū)別，這有時會干擾檢測結(jié)果的精準
性。比如，Arai［１４］發(fā)現(xiàn)堿性溶液中的磷酸根為正四面體對稱
結(jié)構(gòu)，F(xiàn)TIR 圖譜只產(chǎn)生一個獨立吸收峰；隨著溶液酸性的
增強，磷酸根將逐漸質(zhì)子化，并發(fā)生分子對稱性降低和單峰
分裂成雙峰的現(xiàn)象，進而影響磷酸根的吸附類型（單齒或雙
齒配合） 。因此，同類研究的相互驗證和補充還是很有必要
的。
３ 　結(jié)　論
　　陰離子吸附劑對鉛／鎘的吸附量可以忽略不計。Langmuir
等溫線能更好地描述硝酸根和磷酸根的吸附行為，經(jīng)計
算得出qm 值分別為７暢５０７ ５ 和４暢１９４ ６ mg · g － １ ；結(jié)合反應(yīng)
為單層吸附，化學(xué)吸附為吸附過程的控速步驟。陰離子吸附
劑對硝酸根和磷酸根的吸附活化能（２９８ K）Ea 分別為４２暢２５
和３９暢３８ kJ · mol－ １ ，吸附過程自發(fā)、吸熱，反應(yīng)后體系無序
度有所增加。吸附后的陰離子吸附劑表面分布有細微點狀顆
粒物，經(jīng)純凈水解吸后表面殘留少量枝狀物；FTIR 圖譜的
波峰移動證實陰離子吸附劑表面及內(nèi)部官能團通過靜電作用
與硝酸根和磷酸根結(jié)合。陰離子吸附劑與硝酸根和磷酸根的
結(jié)合行為涉及物理吸附和化學(xué)吸附的共同作用。
　
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第 ４期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 光譜學(xué)與光譜分析 １２０９
Study on the Mechanism to Ease the Leaching Effect of Nutrient in the
Multi‐Contaminated Loess Washing Process with the Addition of Anion
Adsorbent（ Ⅱ ）
FAN Chun‐hui１ ，GAO Ya‐lin１ ，ZHANG Ying‐chao２ ，CHANG Min１
１ ．School of Resource &amp;amp; Environment ，Shaanxi University of Science &amp;amp; Technology ，Xi’an 　７１００２１ ，China
２ ．School of Environment ，Tsinghua University ，Beijing 　１０００８４ ，China
Abstract 　The soil washing technology is commonly used to remediate contaminated soils because of its advantages of low cost ，
ease handling and environmental‐friendly ．However ，it should be noticed that the nutrient might leach simultaneously from soil
in the washing process ，and the technical solution of the issue will greatly accelerate the application process of washing technolo ‐
gy in site remediation ．This paper aims to reveal the regulating mechanism of synthesized anion adsorbent from straw on nutrient
leaching potential through approaches of adsorption equilibrium models （isotherms and kinetics） and spectral analysis instruments
（SEM and FTIR） ．The results showed ：the Langmuir isotherm and pseudo second order kinetic equation fit better the adsorption
behavior of nitrate and phosphate ．The maximum adsorption capacity （qm ） ，calculated with Langmuir isotherm ，are
７暢５０７ ５ and ４暢１９４ ６ mg · g － １ ，respectively ，and the reaction belongs to the monolayer and favorable adsorption with chemical
adsorption the rate‐determining step ．The activation energy of adsorption for nitrate and phosphate at ２９８ K are ４２暢２５ and ３９暢３８
kJ · mol－ １ ，respectively ，and the reaction is spontaneous and endothermic ．The purified water and KOH solution are effective
for the regeneration of anion adsorbent ，the desorption effect is better for the assistance of ultrasonic sound and longer desorption
time ．The surface of anion adsorbent after adsorption is covered with particles ，while less spray‐like component appears after desorption
with purified water ．The movement of vibration peaks in FTIR spectra indicates the effect of electrostatic interaction in
the reaction ．The adsorption of nitrate and phosphate on anion adsorbent involves simultaneously the effects of physical and
chemical adsorption ．
Keywords 　Loess washing ；Nutrient leaching ；Ease mechanism ；Anion adsorbent
（Received Nov ．１１ ，２０１４ ；accepted Feb ．２６ ，２０１５） 　　
１２１０ 光譜學(xué)與光譜分析

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