综述铬在土壤中的吸附行为

陈果++崔勇

摘 要：一般意义上的吸附是指物质（主要是固体物质）表面吸住周围介质（液体或气体）中的分子或离子现象。在土壤中，污染因子进入后会与土壤胶体颗粒发生相互作用，使得土壤胶体体系中离子分布不均一。近些年，我国土壤铬污染问题日渐严重。该文综述了铬在土壤中的吸附理论和吸附行为的定量描述，为铬污染土壤修复技术的研发与治理工程的开展提供基础信息。

关键词：铬 土壤 吸附行为

中图分类号：S131 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（b）-0056-02

一般意义上的吸附是指物质（主要是固体物质）表面吸住周围介质（液体或气体）中的分子或离子现象。在土壤中，污染因子进入后会与土壤胶体颗粒发生相互作用，使得土壤胶体体系中离子分布不均一。某种意义上说，土壤胶体的吸附情况决定了土壤中重金属的分布，金属离子在吸附过程中由液体进入固体。土壤胶体是作为土壤重金属离子吸附的主要载体，其吸附机理主要包括非专性吸附和专性吸附。专性吸附作用是由于土粒表面存在着羟基（M-OH）、水分子（M-OH2）等基团，这些基团可以与阴离子发生配位交换，M是这些集团的中心离子，一般为铁或铝。所以当土壤中含有大量的氧化铁和氧化铝时会对阴离子的配位吸附起到较为明显的作用。

1 铬在土壤中的吸附理论

由于铬在土壤溶液中存在Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）两种价态，Cr（Ⅵ）离子以CrO42+、HCrO4-、Cr2O72-形式存在，带正电荷的土壤胶体可以与之交换吸附，由于它们带有正电荷而对Cr（Ⅵ）具有很大的吸附能力[1]。土壤对Cr（Ⅵ）的吸附主要为专性吸附[2]。Cr（Ⅲ）在土壤溶液中主要以Cr（H2O）63+及其水解产物Cr（H2O）5（OH）2+、Cr（H2O）4（OH）2+、Cr（H2O）（OH）30、CrO2-等形式存在[3]。Cr（Ⅲ）在溶液中的存在形式主要取决于溶液的pH值。在酸性条件下，溶液中的Cr（Ⅲ）主要以阳离子形式存在，pH<4时Cr（Ⅲ）在土壤中的形态为Cr（H2O）63+；当pH升到5.5，土壤中Cr（Ⅲ）的存在形式主要是CrOH2+；pH在6.8～11.3的中性至碱性土壤中，Cr（Ⅲ）趋向于形成Cr（OH）3的沉淀，这样Cr（Ⅲ）的活性大大降低，表现为土壤对铬的吸附能力增加；pH继续增大Cr（Ⅲ）重新溶解进入土壤水体系，以Cr（OH）4-离子形式存在，则土壤对铬的吸附量减小[4]。

2 铬在土壤中吸附行为的定量描述

动力学和热力学是定量描述土壤对铬吸附行为的两个方面，学者对不同土壤应用不同的描述方程拟合进行研究。等温吸附是为广大研究学者经常应用到的一种热力学方法，主要以化学反应平衡为原理，研究在一些特定条件下土壤对重金属吸附反应的特征。Langmuir、Freundiich、Temkin方程是经常被用于描述铬的等温吸附解吸行为的3个方程，3个方程的表达式和每个字母所代表的内容如下。

Langmuir方程表达式如下：Q=QmKC/（1+KC）（式中，Q为平衡状态的吸附量；Qm为最大吸附量；K为吸附常数，它代表土壤吸附能力的大小；C为平衡浓度）

经过大量的试验研究，该方程基本符合土壤的吸附过程，而且其最大优点是可以计算出最大吸附量Qm。因此，该方程被广大研究者广泛使用。

Freundlich方程的两种表达式如下：Q=K×C1/n（非线性）；lgQ=lgK+l/nlgC（线性）（式中，Q为意义与Langnuir方程式的相同，表示平衡状态的吸附量；C为平衡浓度；K为吸附常数。K和n都是由土壤性质决定的常数。线性方程表明，logQ与logC呈直线，截距为logK，斜率的倒数即为n。常数K可以作为土壤对重金属离子吸附作用力强度的指标，它与土壤对重金属离子吸附能力呈正相关关系）。

Temkin方程表达式如下：Q=a+blgC（式中a、b为常数，分别与最大吸附量和吸附能有关）。

这3个方程经常在土壤重金属铬等温吸附中应用，拟合后常互相比较拟合程度，通过比较选出最优拟合方程，最终可以求出吸附与解吸反应所需要的相关参数。

易秀[5]研究了塿土不同发生层对Cr（Ⅵ）吸附特性，研究发现土壤对Cr（Ⅵ）等温吸附可以用Langmuir模型和Freundiich模型较好地描述，并应用Langmuir模型求得土粘化层对Cr（Ⅵ）的最大吸附量最高，为228.3 mg/kg-1；黄土性土壤对Cr（Ⅲ）的等温吸附来看，拟合结果符合Freundiich模型。褐土对Cr（Ⅲ）、Cr（Ⅵ）的等温吸附过程均符合Langmuir方程，对Cr（Ⅲ）的饱和吸附量为2.17×104 mg/kg-1、对Cr（Ⅵ）的饱和吸附量为175 mg/kg-1[6]。红壤对Cr（Ⅵ）的等温吸附拟合符合Langmuir方程，计算得出最大吸附量为290.1 mg/kg-1[7]。李桂菊等[8]研究了3种不同质地的土壤对Cr（Ⅲ）的吸附结果进行拟和，Freundiich模型能够很好地反映土壤对铬的吸附特性。

常用来描述化学反应动力学方程在土壤和粘粒中应用相对较广泛使用的主要有以下几种：

Elovieh方程：Ct=a+blnt。

一级扩散方程：ln（Ct-Ce）=ln（C0-Ce）-kt。

Freundlieh修正式（双常数方程）：lnCt=a+blnt。

抛物线扩散方程：Ct/C0=a+bt1/2。

上述方程式中，Ct、C0分别为时间t和初始时土壤溶液中元素的浓度；Ce为平衡时溶液之浓度；k、a和b为拟合常数。

罗维等[9]对马兰黄土对Cr（Ⅲ）静态等温吸附做了研究的同时，还利用土柱吸附试验建立了马兰黄土对Cr（Ⅲ）吸附的动态学模型，即反应速度学模型。并用上述4个方程进行拟合，结果表明拋物线扩散方程拟合最好，即马兰黄土对Cr（Ⅲ）的吸附动力学模型较符合抛物线扩散方程，此过程不是一个可逆的一级动力学反应，而且反应复杂。

3 结语

土壤是社会可持续发展的物质基础，关系到人民群众的身体健康，影响绿色发展的质量。我国土壤铬污染问题日益严重，一些地区的污染比较严重。通过对铬在土壤中迁移行为的了解与分析，为铬污染土壤修复技术的研发与治理工程的开展提供基础信息。

参考文献

[1] 李天然.土壤环境化学[M].北京：高等教育出版社，1996：126- 212.

[2] 章永良.土壤中六价铬的吸附与提取[J].环境化学， 1990，9（4）：43-48.

[3] 陈英旭，骆永明，朱永官，等.土壤中铬的化学行为研究 Ⅴ.土壤对Cr（Ⅲ）吸附和沉淀作用的影响因素[J].土壤学报，1994，31（1）：77-85.

[4] 于卫花，张焕祯，王智丽，等.土壤吸附铬的特性及影响因素研究进展[J].环境保护科学，2013，39（2）：38-41.

[5] 易秀，李五福.黄土性土壤对Cr（Ⅵ）的吸附还原动力学研究[J].干旱区资源与境，2005，19（3）：141-144.

[6] 任爱玲，郭斌，刘三学，等.含铬污液在土壤中迁移规律的研究[J].城市环境与城市生态，2000，13（2）：54-56.

[7] 章永良，何增耀，吴方正.红壤吸附六价铬的初步研究[J].农业环境保护，1991，10（1）：15-17.

[8] 李桂菊，何迎春，丁绍兰，等.制革污泥农用中土壤对铬的吸附特性[J].中国皮革，2002，31（5）：7-9.

[9] 罗维，马腾，杨秀丽.马兰黄土对Cr（Ⅲ）吸附的试验研究[J].环境污染与防治，2009，31（6）：19-25.