环境化学论文 腐殖质在水环境中作用研究进展
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腐殖质对环境影响及其降解研究进展121--农业经济?专题综述 DOI:10.16498//doc/f78e49292a160b4e767f5acfa1c7aa00b42a9d67.htmlki.hnnykx.2017.010.033腐殖质是指环境中⽆明确化学组成的有机物的总称,由动物、植物、微⽣物残骸经过各种分解、合成作⽤形成,⼤多以胶体的形式存在。
不同来源的腐殖质是由不同分⼦量和结构组分组成的芳⾹类聚合物,结构⽐较复杂,主要组成元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫,主要官能团有羧基、羰基、酚基等,以-CH 2-、=CH -、-NH -、-O -、-S -S -等桥键起连接作⽤。
腐殖质分为胡敏酸(HA )、富⾥酸(FA )和胡敏素(HM ),各成分的溶解度不同,胡敏酸在pH 值<2时会产⽣沉淀,但溶于碱性溶液;富⾥酸既溶于酸也溶于碱;胡敏素既不溶于酸也不溶于碱[1]。
不同来源的腐殖质结构性质存在明显的差异性,但均能发⽣各种反应,导致其结构性质的改变。
由于腐殖质本⾝为⼀类有机物质,其结构组成特别,能为植物的⽣长提供部分营养物质和微量元素,⽬前对于腐殖质的研究多为改善⼟壤、增强肥⼒。
但近年来有研究发现,腐殖质虽在⼟壤中能发挥其有利作⽤,但是由于环境⽇益恶劣,⽔⼟流失⽇益严重,腐殖质随着⽔⼟流失进⼊河流,在⽔体中腐殖质的作⽤发⽣了变化,多以污染物的形式存在,这给⽔体的利⽤带来了不少困扰。
这⼀问题的出现使腐殖质降解逐渐成为研究热点之⼀。
本⽂综述了腐殖质对环境的影响以及其降解作⽤,对腐殖质降解技术以及今后重点研究⽅向作出了展望,以期为腐殖质降解的深⼊研究提供参考。
1 腐殖质对环境的影响1.1 有利影响腐殖质作为⼀种有机物对环境的作⽤是不可忽视的,对⼟壤的影响更是重⼤。
很多研究表明,腐殖质能降低⼟壤中重⾦属污染的程度,提⾼⼟壤对重⾦属的吸附⼒,使重⾦属的活性和迁移能⼒降低[2],同时也降低重⾦属的⽣物可利⽤率[3]。
水体环境中天然有机质腐殖酸研究进展摘要:腐殖酸是大量存在于土壤、河湖海沉积物以及风化煤、褐煤、泥炭中的天然有机高分子化合物。
本文介绍了腐殖酸的组成、结构和性质;阐述了其在水处理中的应用以及其发展前景。
着眼研究腐殖酸与土壤、水体和生物多界面的环境过程和机理。
文章主要以水环境为例,对环境污染物效应和去除技术等几个方面的研究进展进行了简要的总结;对现代腐殖酸的研究趋势进行了展望。
关键词:天然有机质;腐植酸;腐植酸的性能;水处理;应用前景水源水质复合污染的多介质联合作用机制及污染物的生物地球化学循环过程已经成为亟待解决的科学问题,其中天然有机质在其中起到很关键的作用。
天然有机质腐殖酸对环境中碳的循环,金属离子和有机化合物的迁移转化,及水处理中消毒副产物的形成等都有重要影响。
腐殖类物质广泛存在于土壤、底泥、湖泊、河流以及海洋中,它是指那些动、植物残体经微生物和化学过程分解后形成的一种褐色或黑色的复合物[1-2]。
土壤和水体中的有机质主要为腐殖物质,可占这两种生态体系中总有机质的50%~80%[3-5]。
腐植酸是一种液态的有机质。
一般土壤有机质的来源大都是动物、植物及微生物的残体或排泄物等经一连串长期物理、化学性及微生物作用而产生。
其中腐植质是土壤有机质最重要的一种成分。
这种黑色稠状的腐植质具有巨大的有机分子结构,使土壤之中有机质能充分发挥作用。
所以,腐植质可视为土壤有机质的精华。
而腐植酸又正是腐植质成分中最具生化活性,最具利用价值的部份。
过去科学家们都是在实验室内从土壤或植物体内以化学方法提炼腐植酸,不但量少,且价格昂贵。
目前已发展出从泥炭或含腐植质的矿石中萃取溶解出腐植酸的技术,如此不仅使腐植酸可以大量提供农业使用,且使腐植酸成为一种新兴的土壤改良剂。
一、天然有机质腐殖酸的研究历史腐殖物质环境行为与其结构组成有密切关系,腐殖质与矿物组分一起构成土壤和水体颗粒物的主体,因此腐殖物质不是一种简单化合物,其组成复杂,没有统一的结构。
水体环境中天然有机质腐殖酸研究进展一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展,水体环境的污染问题日益严重,其中天然有机质腐殖酸(Humic Acid,简称HA)是水体环境中的重要组成部分,对于水体的生态平衡和污染物的迁移转化具有重要影响。
因此,对水体环境中天然有机质腐殖酸的研究不仅有助于深入理解水体的自净机制和污染物的迁移转化规律,而且对于水体环境的保护和治理具有重要的实践意义。
本文旨在综述近年来水体环境中天然有机质腐殖酸的研究进展,包括腐殖酸的来源、性质、分布及其对水体环境的影响,以及腐殖酸在污染物迁移转化过程中的作用机制等。
通过梳理和分析相关研究成果,本文旨在为未来的研究提供理论支持和参考,推动水体环境中天然有机质腐殖酸研究的深入发展,为水体环境的保护和治理提供科学依据。
二、腐殖酸的性质与结构腐殖酸(Humic Acids,简称HA)是一类广泛存在于水体环境中的天然有机质,其复杂的性质与结构使其在水生态系统中发挥着重要的作用。
腐殖酸的性质多样,包括其酸性、亲水性、吸附性、氧化还原性等,这些性质使得腐殖酸在水体环境中能够有效地影响并调控各种化学和生物过程。
腐殖酸的结构复杂,主要由芳香族化合物构成,其中含有大量的羧基、酚羟基、醌基等官能团。
这些官能团的存在使得腐殖酸具有较强的离子交换能力和吸附能力,可以吸附并固定水体中的重金属离子、营养盐等有害物质,从而起到净化水质的作用。
腐殖酸还可以通过与水体中的微生物发生氧化还原反应,影响微生物的活性,进而影响水体中的生物地球化学过程。
腐殖酸的结构还表现出高度的异质性,这主要体现在其分子量的分布广泛、化学组成的多样性以及官能团的分布不均等方面。
这种异质性使得腐殖酸在环境中的行为表现出极大的复杂性和不确定性,也为腐殖酸的研究带来了挑战。
近年来,随着科学技术的发展,特别是分析技术的进步,人们对腐殖酸的认识越来越深入。
通过高分辨率的质谱、核磁共振等分析手段,研究者们能够更准确地揭示腐殖酸的结构特征,从而更深入地理解其在水体环境中的行为及其对环境的影响。
腐殖质在水体污染处理中的应用默认分类2010-05-31 19:09:36 阅读120 评论1 字号:大中小订阅腐殖质是羰基结构高分子量芳香族聚合物,来源于动植物残体的腐殖化反应,或者说来源于微生物的生物活动,普遍存在于陆地、海水和土壤沉积物等自然环境中。
腐殖质被认为比它们的前体更难解。
自然腐殖质的主要组成部分是腐植酸,根据在酸碱性水溶液中的溶解度,可以将其分为胡敏酸即腐殖酸和富里酸,胡敏酸溶于碱溶液,但在酸性溶液(一般pH<2)qb不溶;富里酸在所有的pH条件下都溶。
天然水体中溶解态腐殖质含量一般在10mg/L左右,在溶解有机质(DOM)中所占比重可高达90%是天然水体中最主要的有机物。
腐殖物质整体呈黑色,腐殖酸的分子量因土壤类型及腐殖酸组成不同而异。
腐殖酸是高分子聚合物,其分子结构十分复杂。
关于它的分子结构已提出了多种假设,但各种理论差异甚远,缺乏一致性,因此对它的认识还很不清楚。
近期通过各种分析技太的应用研究,认为腐殖物质可以通过各种机理形成,其核心由4个结构单元组成,即两个木质素单体形成的二聚物、酚.氨基酸复合体、羟基醌和木质素的C6.C3单元。
腐殖酸由于结构上的特点,可通过疏水作用、配位交换和氢键作用吸附有机物质,能够与金属离子发生很强的络合和结合作用,从而影响它们在环境中的形态、迁移、转化和生物可得性及毒性。
由于酚羟基的存在,腐殖质具有较强的氧化还原活性,它可以还原氧化还原电势在0.5-0.7V的金属。
尽管以前认为腐殖质具有惰性,但近来大量的研究表明,腐殖质可以作为电子载体支持有机酸、重金属、硝基取代芳香族化合物、卤代芳香化合物等的非生物或生物转化。
由于腐殖质在环境中广泛存在,因此具有腐殖质还原能力的微生物在环境中也是普遍的。
以腐殖质或其模式物作为唯一电子受体,人们在有机质含量丰富的土壤、湖泊沉积物、河流沉积物、海洋沉积物等环境中富集分离到许多具有腐殖质还原微生物,此外还通过检测已知微生物发现许多具有还原腐殖质的能力。
腐殖质在水环境中作用研究进展XXX(XXXXXXX,XXXX,XXXX)中文摘要:腐殖质普遍存在于各种水体中,它对金属离子和有机物的形态、迁移、转化、生物可利用性等地球化学行为起着重要作用。
因此分析水环境中中腐殖酸的化学行为,对研究饮用水水源地水质十分必要。
本文从腐殖质的结构特性、与金属及有机污染物的结合机理,光化学研究进展等方面做了详细的分析。
除此之外,还简述了腐殖质的分离提取技术和表征方法的研究进展。
关键词:腐殖质;金属离子;有机污染物;光降解;提取表征;研究进展Progress in Research on Humic Substance in Aquatic EnvironmentCAO Cheng-yanAbstract:Humic substances are present in most of the surface and ground waters.They are important with respect to the chemical speciation,mobility, and bioavailability of trace metals.So analysis of humus from natural water source is very essential to the study of water quality.In this paper, there are detailed analysis of the structural characteristics of humic substances with metals and organic pollutants in the binding mechanism, photochemical reaction research. In addition, it outlines the separation of humus and characterization methods of extraction technology research.Key words:Humic;metal ions;organic pollutants;photochemicalreaction;Extraction; Characterization;Progress1 引言腐殖质是动、植物残体通过生物、非生物的降解、缩合等各种作用形成的天然有机质,是自然环境中广泛存在的对水质影响最大的有机大分子物质。
腐殖质在环境中的作用腐殖质是指在土壤或水体中由有机物质经过微生物分解作用形成的一种深褐色或黑色物质。
它在环境中起着重要的作用,对土壤肥力、水质改善及生态系统的稳定性具有重要影响。
腐殖质在土壤中起到了增强土壤肥力的作用。
腐殖质具有良好的保水性和保肥性,能够增加土壤的持水能力,降低土壤的渗透性,提高土壤的保水能力。
同时,腐殖质中富含的有机质、氮、磷、钾等营养元素,能够为植物生长提供养分,促进植物的生长发育。
此外,腐殖质能够吸附和固持土壤中的营养元素,减少营养元素的流失,提高土壤的肥力。
腐殖质对改善水质具有重要作用。
腐殖质能够吸附和降解水中的有机污染物,减少水体中有机污染物的浓度,改善水质。
同时,腐殖质中的有机物能够为水体中的微生物提供营养,促进微生物的生长繁殖,进一步降解水体中的有机污染物。
此外,腐殖质还能够吸附和固持水中的重金属离子,减少水体中重金属的毒性。
腐殖质对维持生态系统的稳定性也具有重要作用。
腐殖质能够增加土壤的团聚体含量,改善土壤结构,增强土壤的抗蚀性和抗风蚀性。
腐殖质中的有机物质能够为土壤中的微生物提供营养,促进微生物的生长繁殖,维持土壤生态系统的平衡。
同时,腐殖质能够吸附和稳定土壤中的氮、磷等养分,减少养分的流失,维持土壤养分平衡。
总结起来,腐殖质在环境中的作用主要体现在增强土壤肥力、改善水质和维持生态系统的稳定性三个方面。
它不仅能够提高土壤的肥力,促进植物的生长发育,还能够净化水体,改善水质,减少有机污染物和重金属的浓度。
同时,腐殖质能够维持土壤和生态系统的平衡,增强土壤的抗蚀性和抗风蚀性,保持土壤的养分平衡,维持生态系统的稳定性。
因此,合理利用和保护腐殖质资源,对于促进农业可持续发展、改善环境质量和维护生态平衡具有重要意义。
专题评述腐殖质生物活性机理研究进展何文远 杨海真 顾国维(同济大学水污染控制与资源化国家重点实验室 上海 200092)摘 要:腐殖质有机肥既能发展高效农业生产,又能保护环境,促进生态良性循环,实现可持续农业。
介绍了腐殖质、腐植酸在农业应用上的生物活性,综合评述了腐殖质、腐植酸生物活性机理,提出今后研究的方向。
关键词:腐殖质 腐植酸 生物活性 微量营养元素 类激素活性中图分类号:TQ314.1,TQ450.1+2 文献标识码:A 文章编号:1671-9212(2007)03-0011-06Progression on Studies of Mechanism for Biological Activity of HumusHe Wenyuan, Yang Haizhen, Gu Guowei(State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, Tongji University, Shanghai, 200092) Abstract: Humus organic fertilizer can develop effi cient agricultural production, while protecting the environment and promoting eco-virtuous circle of sustainable agriculture. This paper introduced biological activity of humus and humic acid in agriculture experience, and commented the mechanism of biological activity and further work.Key words: humus; humic acid; biological activity; micronutrient elements; hormone-like activity腐殖质能够改良土壤,对发展高产农业、有机农业有着重要作用。
腐殖质对环境影响及其降解研究进展作者:田程肖姬玲张屹李基光朱菲莹魏林梁志怀来源:《湖南农业科学》2017年第10期摘要:腐殖质是一类重要的地表有机物质,对环境有着很重要的影响。
综述了腐殖质的结构性质及其对环境的影响,并总结了腐殖质光化学降解、臭氧降解及生物降解的3种类型、降解的影响因素及其降解后对环境的影响,最后对腐殖质降解技术以及今后重点研究方向作出了展望。
关键词:腐殖质;结构性质;降解类型;环境影响中图分类号:X172 文献标识码:A 文章编号:1006-060X(2017)10-0121-04Research Progress of Humus on Environmental Impact and Its DegradationTIAN Cheng1,2,XIAO Ji-ling2,ZHANG Yi2,LI Ji-guang2,ZHU Fei-ying2,WEILin3,LIANG Zhi-huai1,2(1. Longping Branch of Graduate School, Hunan University, Changsha 410125, PRC; 2. Hunan Agricultural Biotechnology Research Center, Changsha 410125, PRC; 3. Hunan Plant Protection Institute, Changsha 410125, PRC)Abstract:Humus is a class of important organic matter on the surface, which has a very important impact of the environment. Firstly, the effects of humus on the environment were summarized, and three kinds of humus degradation including photochemical degradation, ozone degradation and biodegradation were summed up. Furthermore, the influence factors of humus degradation, and its impact on the environment after depredated were reviewed. Finally, the humus degradation technologies as well as the key research direction in the future were discussed.Key words:humus; structural properties; degradation type; environmental impact腐殖质是指环境中无明确化学组成的有机物的总称,由动物、植物、微生物残骸经过各种分解、合成作用形成,大多以胶体的形式存在。
腐殖质在环境中的作用腐殖质在环境中的作用什么是腐殖质•腐殖质是一种有机质,主要来源于植物和动物的残骸、积物和排泄物•腐殖质具有独特的化学性质,是土壤中的重要组成部分腐殖质的作用•保持土壤水分–腐殖质具有较强的吸水保水能力,能够增加土壤的持水能力–减少土壤水分的蒸发和流失,保持土壤湿度•改善土壤结构–腐殖质能够增加土壤的肥力和保持土壤的松散性–提供养分和微生物的生存环境,促进土壤的生物活性•促进植物生长–腐殖质可以作为植物的营养源,提供植物所需的养分–保持土壤的肥力,促进植物的根系生长和养分吸收•降低土壤酸碱度–腐殖质中的有机酸可以中和土壤的酸碱度,调节土壤的pH 值–降低土壤的酸碱度,改善土壤的适生环境•净化环境–腐殖质能够吸附重金属离子和有机污染物,减少它们对环境的污染–提供生物降解的底物,促进微生物降解有机污染物•保护生物多样性–腐殖质为土壤中的生物提供了生存空间和养分来源–维持土壤食物链的正常运行,保护土壤中的生物多样性结论腐殖质在环境中具有多种重要的作用,它对土壤的改善和植物的生长都起到了积极的促进作用。
保护和增加腐殖质的含量对于维护生态平衡和环境的可持续发展具有重要意义。
因此,我们应该重视腐殖质的作用,采取合适的措施保护和利用腐殖质资源。
腐殖质的保护和利用•合理施肥–避免过量的化肥使用,影响腐殖质的形成和积累–优先选择有机肥,有助于增加腐殖质的含量•良好的农业管理–使用合理的耕作方式,减少土壤侵蚀和水分流失–保护土壤微生物和土壤动物的生存环境,促进腐殖质的形成•植物残体的还田–在农田中回收和利用植物残体,增加腐殖质的输入–促进土壤有机质的积累和土壤肥力的提高•废弃物的堆肥处理–将农作物秸秆、畜禽粪便等有机废弃物进行堆肥处理–通过堆肥过程,转化为腐殖质肥料,循环利用有机资源•推广有机农业–鼓励农民采用有机农业的种植方式–减少化学农药和化肥的使用,保护腐殖质的积累和土壤生态系统的健康•加强科研与教育–加强腐殖质的研究,深入了解其形成机制和作用方式–提高公众对腐殖质的认识和理解,推动腐殖质资源的保护和利用总结腐殖质在环境中扮演着不可忽视的角色,对土壤的肥力、植物的生长以及环境的净化等方面都有显著的影响。
腐殖质在水环境中作用研究进展XXX(XXXXXXX,XXXX,XXXX)中文摘要:腐殖质普遍存在于各种水体中,它对金属离子和有机物的形态、迁移、转化、生物可利用性等地球化学行为起着重要作用。
因此分析水环境中中腐殖酸的化学行为,对研究饮用水水源地水质十分必要。
本文从腐殖质的结构特性、与金属及有机污染物的结合机理,光化学研究进展等方面做了详细的分析。
除此之外,还简述了腐殖质的分离提取技术和表征方法的研究进展。
关键词:腐殖质;金属离子;有机污染物;光降解;提取表征;研究进展Progress in Research on Humic Substance in Aquatic EnvironmentCAO Cheng-yanAbstract:Humic substances are present in most of the surface and ground waters.They are important with respect to the chemical speciation,mobility, and bioavailability of trace metals.So analysis of humus from natural water source is very essential to the study of water quality.In this paper, there are detailed analysis of the structural characteristics of humic substances with metals and organic pollutants in the binding mechanism, photochemical reaction research. In addition, it outlines the separation of humus and characterization methods of extraction technology research.Key words:Humic;metal ions;organic pollutants;photochemicalreaction;Extraction; Characterization;Progress1 引言腐殖质是动、植物残体通过生物、非生物的降解、缩合等各种作用形成的天然有机质,是自然环境中广泛存在的对水质影响最大的有机大分子物质。
它在天然水体中含量约几到几十mg/L,主要以胶体形式存在,却占水体中有机总量的30%-50%。
水体腐殖质不仅是造成色度、异臭味、配水管腐蚀和沉淀物的原因物质,还具有较强的络合、螯合、吸附和氧化还原能力,对有机、无机物在自然界的迁移、转化和归宿,饮水水源地水质以及饮用水处理过程中消毒副产物的形成等有非常重要的影响。
因此分析水体中腐殖质与有机物和金属离子的作用机理及治理表征技术对研究饮用水水源地水质十分必要。
2 腐殖质的结构特性根据腐殖质在酸碱性水溶液中的溶解度,可以把腐殖质分为以下三类:溶于稀碱液又能用酸沉淀下来的部分称为胡敏酸,溶于酸同时也溶于水的低分子组分称为富啡酸;不溶解的残留大分子部分称为胡敏素。
腐殖质的结构十分复杂,随来源和产地的不同有很大的变化,所以关于腐殖质的化学结构至今仍不清楚。
19世纪人们认为腐殖质是复杂的有机混合物,主要是胶体物质且为弱酸性。
20世纪70年代Haworth认为腐殖质的骨架是一个或数个不太大的芳核通过醚键、亚胺键、羧基、较短的烷烃桥键随机连接起来组成的。
在这些芳核和桥键上,随机分布着羧基、羟基、羰基等官能团。
芳核通常由2-5个环缩合而成,其中可能包括5元和6元的芳杂环,少量的肽键残片、糖基残片、烷烃基、金属离子等通过共价键或配位键连接在芳核或官能团上,几个相似的这种单元结构之间可以通过氢键、金属离子键、电荷转移络合等缔合成巨大的复合体。
当代研究者倾向于腐殖质是一种典型分子,由聚合性胶包所组成,其基础结构是二或三羟基酚类型的芳香环,由-O-,-CH-,-N=,-HN-,- S-2和其它基团桥接,并含有游离羟基和醌的双键。
图1表示的是富里酸的结构式。
图1 富里酸的结构式腐殖质结构中含有大量羰基、酚羟基等基团,具有相对生物和化学多样性、疏松多孔的海绵结构及很强的螯合能力,因而可与金属离子、氧化物、矿物质和包括有毒有害物质在内的有机物发生相互作用,从而严重影响了这些物质的环境化学行为,包括有机物的化学降解、光解、挥发、迁移及生物吸收等方面。
3 腐殖质与金属离子的结合作用机理许多研究表明:重金属在天然水体中主要以腐殖酸的配合物形式存在。
在淡水中有大于90%的Ca 、Hg 与腐殖酸配合,这点对考虑重金属的水体污染具有很重要的意义。
腐殖质与金属离子的结合作用包括三种:一种是腐殖质通过螯合、离子交换和吸附作用结合生态环境中重要的金属离子生成各种形式的配合物,称之为腐殖质与金属离子的配合作用;另一种是腐殖质具有大量官能团和吸附位,对各种金属离子有着极强的吸附能力或结合反应能力;第三种是金属离子与腐殖质的键合作用,主要是K 、Na 、Ca 、Mg 等金属离子。
3.1 腐殖质与金属离子的配合作用3.1.1作用机理腐殖质中起配位作用的基团主要是芳香核心侧链上连接的羧基和羟基,腐殖质与金属离子的配合反应分为两种:水杨酸性和邻苯二酸性。
(1)水杨酸型:金属离子能在腐殖质中的羧基及羟基间螯合成键,反应式见图2。
图2 水杨酸性反应式(2)邻苯二酸型:金属离子在腐殖质两个羧基间螯合,反应式见图3。
图3 邻苯二酸性反应式配合反应过程中羟基负离子与Me 2+之间通过静电引力作用结合在一Me起,形成的是离子键,而羟基氧与Me2+之间是以配位键相结合,羟基氧提供未共用电子对,Me2+提供空轨道。
一般情况下,天然水中腐殖质与金属离子的配合反应更容易通过水杨酸型的反应机理进行。
3.1.2影响因素腐殖质与金属离子间的配合作用是一个十分复杂的过程,既和金属离子及腐殖质本身有关,同时也受到外界环境的影响。
一般来说,影响腐殖质与金属离子之间的配合反应的因素主要有以下几种。
1.金属离子自身,二价或多价金属离子与腐殖质之间不易形成离子键,趋向于跟腐殖质中的羧基、酚羟基等形成配位化合物,这类元素主要包括过渡元素和其它重金属元素。
一般说来,配合作用Hg2+、Cu2+>Zn2+、Cd2+>Ca2+、Mg2+。
2.腐殖质的浓度。
根据质量作用定律,反应物浓度越大,反应越易于进行。
3.腐殖质的性质。
不同来源的腐殖质性质虽然相似,但是不相同,所以对金属离子的配合能力也是不一样的。
对于相同的金属离子,不同来源的腐殖质与其的配合能力有如下的顺序,土壤富里酸<泥炭富里酸<海水富里酸<海洋底泥富里酸。
而对于同一种来源产生的腐殖质的不同成分来说,一般分子量越小的腐殖质,其与金属离子的螯合能力越强。
腐殖质是一种有机酸,4.水环境中的酸碱性pH和氧化还原电位Eh体系的pH将会影响腐殖质结构中的酸性基团的电离,同时也会影响到介质中离子的存在形式和数量的多少。
3.1.3配合反应对重金属迁移转化的影响腐殖质与金属离子的配合作用对金属离子在环境中的迁移转化有着重要的影响。
1.抑制重金属形成碳酸盐、硫化物和氢氧化物沉淀;2.抑制水中悬浮物对重金属的吸附;3.对底泥中的重金属有显著的溶出作用;4.生成的螯合物难溶性影响重金属的迁移能力。
若生成难溶螯合物,降低重金属的迁移能力;若生成易溶螯合物,促进重金属的迁移能力。
3.2 腐殖质微粒与金属离子的吸附作用腐殖质作为自然胶体而具有大量官能团和吸附位,对金属离子存在极强的吸附能力或结合反应能力。
3.2.1作用机理吸附作用机理有两种:离子交换吸附和螯合吸附。
(1)离子交换:腐殖质中的羧基和羟基中的氢均可以质子化,形成的H+可与重金属离子发生交换,离子交换机理表示如下:〔(2)螯合吸附时,腐殖质充当配位体,与金属形成环状配合物,螯合作用机理表示如下:3.2.2吸附作用的影响因素腐殖质与重金属离子的两种吸附作用的相对大小与水中重金属离子的浓度及性质密切相关。
当重金属离子浓度较高时,以交换吸附为主;反之,如Mn2+与腐殖质以离子交换吸附为主;腐殖质对Cu2+、 Ni2+以螯合作用为主;Zn2+或Co2+则可以同时发生离子交换吸附和螯合作用。
3.3 腐殖质与金属离子的键合作用键合作用一般指的是碱金属与腐殖质的作用。
Me3.3.1键合作用机理水环境中腐殖质对金属离子总键合容量约为200-600μmol ·g -1。
腐殖质与金属离子相互作用类型,其中碱金属离子(Li +、Na +、K +、Rb +、Cs +) 、碱土金属离子(Be +、Mg +、Ca 2+、Sr 2+、Ba 2+、Ra 2+)一般与具有负电荷表面的有机质形成离子键;其它二价或多价金属离子与腐殖质之间不易形成离子键,趋向于跟腐殖质中的羧基、酚羟基等形成配位化合物。
Hummel 等认为腐殖质与金属离子的键合作用过程中,腐殖质相当于是各种分子的混合体,他提出常数c K 来表示腐殖质与金属离子的键合作用下式表示:[][](){}/c K MHS M HS total =∙式中,[M]为水体自由金属离子浓度,单位为 mol/L ;[MHS]为金属与腐殖酸配合物浓度,单位为mol/L ;而(Hs)为水体腐殖酸总浓度,只能以g · L -1来衡量,所以c K 单位为L/g 。
当金属离子浓度很低时,这些强键合点位优先吸附金属离子;随着金属离 子浓度增加,强键合点位趋向饱和,弱键合点位开始与金属离子配位,导致金属离子与腐殖质相互作用相对减弱。
3.3.2键合作用对金属离子环境行为的影响(1)键合作用对金属离子溶解度和化学形态影响。
在天然水体中,Fe 、Hg 、Cu 、Ni 、V 、Pb 等金属离子基本上都与有机质结合。
大多数河流中, 超过50%的溶解态金属离子与有机质结合在一起。
这种腐殖质与金属离子相互作用会影响金属离子在水环境中的迁移,并且在条件适宜时发生沉淀。
(2)键合作用对颗粒物质-金属离子吸附作用影响。
腐殖质影响矿物表面吸附重金属的方式有腐殖质与金属离子竞争吸附到矿物表面,减少金属离子的吸附点位,或者腐殖质改变了矿物表面的吸附特性,增强了对金属离子的吸附作用。
(3)键合作用对微生物的吸附作用的影响。
天然水体中存在各种微生物,它们对多种物质包括溶解有机质、矿物颗粒以及金属离子均有很强的亲合力。
腐殖质可以通过憎水性相互作用吸附到细菌表面,与之竞争吸附可利用的金属离子,从而影响金属离子在水体中的吸附行为、价态以及最终归宿。