Изучение адсорбции тяжелых металлов черноземом обыкновенным при разном соотношении твердой и жидкой фаз

Размещено на http://www.allbest.ru/

Южный федеральный университет

Изучение адсорбции тяжелых металлов черноземом обыкновенным

при разном соотношении твердой и жидкой фаз

Т.М. Минкина

Н.В. Громакова

г. Ростов-на-Дону

Аннотация

Исследовано поглощение меди, цинка и свинца черноземом обыкновенным тяжелосуглинистым при меняющемся соотношении твердой и жидкой фаз почвы. Показано, что при увеличении в 2 раза соотношения твердой и жидкой фаз способность к адсорбции и прочность закрепления меди, цинка и свинца на поверхности почвенных частиц возрастает за счет электроселективности.

Ключевые слова: почва, адсорбция, медь, цинк, свинец, соотношение, твердая и жидкая фазы.

Введение

чернозем тяжелосуглинистый адсорбция металл

Возрастающее загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ) - наиболее актуальная экологическая проблема сохранения окружающей среды [1-2]. ТМ и, как следствие, их доступность и токсичность для живых организмов, зависят от перераспределения металлов между органо-минеральной матрицей почв и почвенным раствором и происходящими между ними процессами взаимодействия [3-6]. В случае испарения почвенной влаги и увеличения отношения почва: раствор возрастает концентрация ионов в жидкой фазе, что увеличивает адсорбцию катионов с более низким зарядом за счет электроселективности [7]. Взаимодействие катионов ТМ с адсорбционными центрами почвы в изменяющихся условиях соотношения фаз является мало изученным вопросом.

Цель работы состояла в изучении адсорбции ТМ почвами при разном соотношении твердой и жидкой фаз.

Объекты и методы. В условиях лабораторного опыта изучали адсорбцию меди, цинка и свинца черноземом обыкновенным тяжелосуглинистым при соотношении твердой и жидкой фаз 1:5 и 1:10.

Исследуемую почву пропустили через сито с диаметром ячеек 1 мм. Затем к подготовленным образцам почвы приливали растворы нитратных солей ТМ. Интервал используемых концентраций металлов составлял от 5 до 100 мМ/л. Суспензии взбалтывали в течение 1 часа, потом сутки отстаивали и после этого фильтровали. В полученных фильтратах определяли содержание ТМ методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС). Количество адсорбированных катионов исследуемых элементов определяли по разности между концентрациями их в исходном и равновесном растворах. Повторность опыта трехкратная.

Результаты и обсуждение. Адсорбция черноземом обыкновенным меди, цинка и свинца была больше при соотношении почва: раствор 1:10, чем 1:5 (рис. 1).

Рис. 1 Изотермы адсорбции уксуснокислых солей меди, цинка и свинца черноземом обыкновенным при различных соотношениях почва: раствор

В случае адсорбции свинца и цинка почвой константы прочности удерживания металлов, рассчитанные по уравнению Ленгмюра, имели близкие значения как при соотношении почва: раствор 1:10, так и 1:5. Исключение составила Сu: при соотношении 1:10 константа К была выше в 1,6 раз (табл. 1) выше, чем при более узком соотношении. Значения С_макс. для всех исследуемых металлов при соотношении почва: раствор 1:10 более, чем в 2 раза превышают результаты этого показателя для соотношения 1:5.

Таблица № 1 Максимальная адсорбционная емкость (С_макс.) и константа прочности удерживания (К) меди, свинца и цинка черноземом обыкновенным при соотношении почва: раствор 1:10 и 1:5 в диапазоне концентраций металла от 5 до 100 мМ/л

Влияние соотношения почва: раствор на протекание процессов адсорбции металлов в загрязненных почвах к настоящему времени не выявлены. Практически не влияет разбавление почвенного раствора на ионообменные процессы с участием металлов для пар ионов с одинаковой замещающей способностью и валентностью. При этом, в случае катионных пар с различной замещающей способностью и валентностью, разбавление значительно влияет на ионный обмен [8]. Это связано с концентрационно-валентностным эффектом: при увеличении объема жидкой фазы снижается концентрация легкорастворимых солей переходящих в раствор из почвы и, соответственно, увеличивается адсорбирующая способность почвы. Согласно теории Ю.А. Кокотова [7] разбавление внешнего раствора увеличивает адсорбцию ионов с большим зарядом. В результате этого увеличивается избирательность почвы к ионам ТМ в растворах с соотношением почва: раствор 1:10.

В работе Д.Л. Пинского [9] показано, что при увеличении соотношения твердая: жидкая фаза серых лесных почв от 1:1 до 1:20 увеличивается величина С_макс. почвы по отношению к Cd. Обратная закономерность выявлена Е.И. Каравановой и С.Ю. Шмидтом [10] при увеличении соотношения лесная подстилка: раствор от 1:10 до 1:30. Авторы отмечают, что уменьшение жидкой фазы почвы приводит к увеличению поглощенных меди и цинка: от 3,56 до 4,38 мг/г в случае с медью и от 1,03 до 1,19 мг/г в случае с цинком.

Следовательно, при более широком соотношении почва: раствор способность к адсорбции (С_макс. и К) меди, цинка и свинца почвой возрастает.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ), проект № 16-14-10217.

Литература

1. Мазанко М.С., Денисова Т.В., Колесников С.И., Вернигорова Н.А., Чернокалова Е.В., Никитенко К.А., Бубнова А.А. Устойчивость чернозема обыкновенного к сочетанному загрязнению свинцом и электромагнитным полем // Инженерный Вестник Дона. 2013. № 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1793

2. Водяницкий Ю.Н. Изучение тяжелых металлов в почвах. М.: Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2005. 110 с.

3. Минкина Т.М., Бауэр Т.В., Манджиева С.С., Назаренко О.Г., Сушкова С.Н., Чаплыгин В.А. Закономерности процесса трансформации цинка в черноземе обыкновенном в присутствии различных анионов // Инженерный Вестник Дона. 2013. № 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1793

4. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г., Крыщенко В.С., Манджиева С.С. Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах степной зоны // Почвоведение. 2008б. № 7. С. 810-818.

5. Фатеев А.И., Самохвалова В.Л. Формы соединений тяжелых металлов почвенной системы как критерии ее экологического состояния // Всерос. конф. "Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям". М., 2002. С. 29.

6. Околелова А.А., Минкина Т.М., Мерзлякова А.С., Кожевникова В.П. Достоверность оценки загрязнения почв тяжелыми металлами // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). Краснодар: КубГАУ. 2014. № 101(07). URL: ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/27.pdf

7. Кокотов Ю.А. Иониты и ионный обмен. Л.: Химия, 1980. 152 с.

8. Minkina T.M., Pinsky D.L., Mandzhieva S.S., Bauer T.V., Sushkova S.N., Kushnareva A.V. Effect of an attendant anion on the вalance of сations in the soil-solution system with an ordinary chernozem as an example // Eurasian Soil Science. 2014. Vol. 47 № 8. pp. 772-780.

9. Pinski D.L. Effect of solid to liquid phase ratio on the adsorption of cadmium by grey forest soil // Proceedings of 6-th Int. Сonf. of ICOBTE-2001 "Biogeochemistry of Trace Elements". July 29 - August 2. Guelf, Ontario, Canada: 2011. P. 46.

10. Караванова Е.И., Шмидт С.Ю. Сорбция водорастворимых соединений меди и цинка лесной подстилкой // Почвоведение. 2001. № 9. С. 1083-1091.

Размещено на Allbest.ru