氟与聚合羟基铝（铁）-蒙脱石复合体相互作用机理及土壤环境意义
氟是动物和人体必需的微量元素之一，但长期过量摄入氟化物可导致慢性氟中毒。土壤是含氟气体和颗粒物干、湿沉降最主要的接纳和转化场所，植物叶片吸收的气态氟化物最终也通过落叶积累在表层土壤中，所以，氟与土壤的相互作用是控制其迁移、转化及其它化学行为的重要环节之一。
土壤中氟的活性与土壤粘土组成、Al的溶解、Al-F络合及pH密切相关。天然酸性土壤和水体中(pH=4.0～5.5)，溶解Al水解可形成不同聚合度的高价羟基铝阳离子(HyAl)，如[Al6(OH)12]6+、[Al10(OH)22]8+或[AlO44A12(OH)24(H2O)12]7+等。这些阳离子可吸附在土壤中含量较高的蒙脱石矿物表面及层间，形成聚合羟基铝-蒙脱石(HyAl-Mt)复合体。由于弱酸性和酸性土壤及水体中这些复合体几乎无处不在，因此很大程度地影响着土壤中一些营养物质和污染物在土壤-溶液之间的吸附、解吸及迁移等行为，由此可能导致的生态环境意义已引起了广泛关注。目前，关于F与土壤矿物之间的相互作用以及Al-F络合方面的报道很多，但作为弱酸性和酸性土壤中的主要组成的HyAl-Mt复合体与F的相互作用还未见系统研究。
本文制备和表征了OH/Al摩尔比分别为1.6、2.1、2.4的HyAl-Mt复合体和羟基铝铁—蒙脱石复合体(HyAl/Fe-Mt)；研究了吸附时间、溶液初始pH值、羟基铝(铁)—蒙脱石复合体(HyAl(Fe)-Mt)用量、初始氟离子浓度、OH/Al摩尔比等因素对氟与各HyAl(Fe)-Mt相互作用的影响及土壤环境意义；同时，通过HyAl-Mt1.6对氟离子的解吸实验，考察了氟在复合体上的稳定性。所得结果如下：
(1)通过对蒙脱石及其复合体进行X射线衍射分析、零电荷点测定、阳离子交换量CEC测定和BET比表面积分析表明，羟基铝、铁离子已成功交换进入蒙脱石层间，成为层间柱。羟基铁离子的掺加以及OH/Al摩尔比的变化都对HyAl-Mt复合体的层间结构产生明显影响。此外，HyAl-Mt复合体在500℃以下具有一定的热稳定性。
(2)弱酸性和强酸化条件下，研究了OH/Al摩尔比为1。6的聚合羟基铝-蒙脱石复合体(HyAl-Mt1.6)对氟的吸附行为。结果表明：在pH为5.0～9.0之间，HyAl-Mt对氟的吸附受pH影响小；当pH＜4.5时，吸附能力随pH减小迅速增大。pH6.62时，HyAl-Mt1.6对氟的吸附主要是络合交换机制，而pH3.02及高氟浓度条件下是表面吸附、矿物溶解及共沉淀-卷扫等协同作用机制，并使HyAl-Mt具有异常高的氟去除能力。与Na-Mt相比，HyAl-Mt1.6的氟吸附能力明显提高，表明土壤中的HyAl-Mt组分可有效地降低氟污染土壤中氟的迁移性并减少其生物有效性。
(3)弱酸性和强酸化条件下，研究并对比了OH/Al摩尔比为1.6、2.1、2.4的HyAl-Mt和HyAl/Fe-Mt对氟的吸附性能。结果表明：随着OH/Al摩尔比的增大，HyAl-Mt对氟的吸附量略有下降。在强酸性条件下，HyAl/Fe-Mt较HyAl-Mt1.6具有较弱的吸附性能，但在接近中性环境中，由于铁的掺入提高了复合体活性，使得HyAl/Fe-Mt对氟的吸附量较高。
土壤环境;土壤污染;羟基铝;蒙脱石;复合体;氟污染
中国海洋大学
硕士
环境科学
朱茂旭
2005
中文
X53
63
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）