共存阴阳离子对针铁矿表面磷固存机制的影响研究

摘要

磷素(P)兼具重要养分元素的利和潜在面源污染的弊,其在土壤环境中的固存行为及其迁移转化过程受到广泛关注。该研究选取黄、红壤中典型矿物(针铁矿、赤铁矿及高岭石)为模式矿物,在排除pH干扰的条件下,开展了共存阴(As(Ⅴ))阳(Cd(Ⅱ))离子对矿物表面P(Ⅴ)固存机制的影响研究。结果表明:P(Ⅴ)在不同矿物表面的吸附效率表现为针铁矿>赤铁矿>高岭石;阴离子As(Ⅴ)、阳离子Cd(Ⅱ)与P(Ⅴ)共存并不会改变P(Ⅴ)在针铁矿表面的吸附动力学特征,仍符合准二级动力学模型,化学吸附为其控速步骤;P(Ⅴ)与As(Ⅴ)共存时,随着As(Ⅴ)浓度的增加,P(Ⅴ)的吸附等温线呈现从Langmuir型向Freundlich型转变的趋势,吸附量减小,但吸附速率增大,As(Ⅴ)主要通过静电排斥作用和吸附位点竞争作用降低P(Ⅴ)在针铁矿表面的吸附量;P(Ⅴ)与Cd(Ⅱ)共存时,P(Ⅴ)的吸附速率先增加后减小。具体来说,Cd(Ⅱ)/P(Ⅴ)物质的量比值0.5时,静电吸附和形成Fe-P(Ⅴ)-Cd(Ⅱ)三元络合物是促进针铁矿表面P(Ⅴ)固存的主要调控机制;进一步增加Cd(Ⅱ)/P(Ⅴ)物质的量比值,P(Ⅴ)固存的主要调控机制逐步转变为形成P(Ⅴ)与Cd(Ⅱ)的表面共沉淀。该结果可为研究P在土壤环境中固存的微观机制及其关键影响因子提供基础研究数据,也有望为提高P的利用率以及为调控P的面源污染问题提供有益帮助。