氟与红壤相互作用及其对铝的活化和磷吸附的影响
氟是人体必需的微量元素，饮用水中氟的适宜浓度为0.5～1.0 mg／L，超过1.5 mg／L容易引起氟中毒。地氟病是一种慢性氟中毒疾病，轻者表现为氟斑牙，重者表现为骨胳脆化、筋腱和韧带钙化，还可使神经系统受到破坏。此病流行广泛，非洲的北部和东部、印度、美国的西部以及中国的北部都有此病流行的报道。全球地氟病患者7000多万，其中我国约3800万，占一半以上，因此我国是氟污染比较严重的国家之一。土壤是自然界氟循环的重要介质之一，氟通过施用磷肥、高含氟地层和岩石的风化以及工业(如砖厂、铝厂、农肥厂等)废物排放等方式累积在土壤中。由于氟与铝具有高度的亲合性，氟与土壤的相互作用，会引起土壤溶液物理化学条件和土壤颗粒表面特征的变化，从而在很大程度上影响植物营养元素的生物有效性和具有潜在毒性的金属元素的释放。氟与土壤的相互作用过程及其对土壤中铝的溶解和磷吸附行为影响的研究具有重要意义。本文以江西红壤(我国典型的酸性土壤)为研究对象，主要研究内容包括：(1)氟与红壤相互作用过程中溶液pH值、溶解态总氟、自由氟、络合态氟和土壤吸附态氟的变化；(2)氟对红壤中铝的溶解及活性固相铝库的影响；(3)氟与磷在土壤中的竞争吸附与解吸；(4)通过铁／铝去除(DCB法)实验对比研究土壤中铁／铝氧化物对氟和磷吸附行为的影响。得到的主要结论如下：
1、由于铝-氟间强烈的吸附、络合作用，土壤吸附的氟和络合态氟在短时间内迅速增加，相应地溶解态总氟和自由氟浓度均有不同程度的降低；pH降低，溶解态总氟和自由氟降低，而络合态氟和土壤吸附的氟增加。
2、氟与土壤作用后土壤中的铝在短时间内迅速溶解，在10～30min左右可接近溶解平衡。氟可使土壤中一些活性铝表面的非晶型氧化物膜去除(使原先未暴露的活性铝释放)，还可使矿物晶格铝转化为活性铝(甚至溶解)。因此，氟的加入使土壤中可溶性铝和不同形态的活性固相铝库(主要为交换态铝、有机铝和无机铝)均有不同程度的增加。
3、土壤对磷和氟的吸附动力学可分为快速吸附和慢速吸附两个阶段，在6h内为以化学吸附为主的快速吸附过程(占整个过程吸附量的50～80％)，此后为以物理吸附为主的慢速吸附过程。氟和磷的解吸也可分为快速(<0.5h)和慢速解吸(>0.5h)两个阶段；氟的解吸率比磷的解吸率高得多，6h时氟和磷的解吸率分别为50％和15％左右。
4、氟和磷的吸附量均随初始pH增加而降低；磷的吸附量随氟浓度的增加先增加后减少(在F=lmmol/L时磷吸附量最大)，而氟的吸附量随磷浓度的增加而增加；不同加入方式对磷的吸附几乎没有影响，对氟却有不同的影响，表现为：氟磷共同加入>先加氟再加磷>先加磷再加氟。
5、氟存在下磷的吸附等温线可较好地由Langmuir、Freundlich、Temkin三种模型进行线性拟合；磷存在下氟的吸附等温线可较好地由Freundlich和Temkin模型拟合。
6、红壤经DCB法去铁铝后，对氟和磷吸附量大大减少，由此证明铁铝氧化物是土壤中最为活跃的吸附氟和磷的物质。
7、氟/磷与土壤颗粒表面-OH基团的络合交换，使土壤溶液pH增大，一定程度上可缓冲土壤的酸化。低浓度的氟可增加土壤中活性吸附位从而使磷的吸附量增加；然而随氟浓度增大氟与磷在土壤中的竞争吸附增加，使磷的吸附量降低，可增加土壤中磷的生物有效性。而磷能提高氟的吸附量，可在一定程度上减少土壤中氟的活性和生物有效性。磷较低的解吸率说明磷被土壤中铁、铝氧化物固定后，便很难转化为植物有效的可溶性磷。
红壤;氟污染;铝;磷;络合物;竞争吸附;解吸
中国海洋大学
硕士
应用化学
朱茂旭
2006
中文
O613.41;S153
69
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）