5期 丁武泉等：表面电荷性质对离子在土壤胶体界面扩散的影响 897 1.2表面电荷性质测定 式中，N。为平衡吸附量，中为表面电位，V为固定液 1.21平衡吸附量W)及固定液膜体积(V)测定 膜体积，R为气体常数 ,T为温度，F为法拉第常数 具体步骤见文献151。 ©为交换液原液浓度 1.22平均离子浓度、表面电位的计算 分别采 13离子扩散的实验方法 用以下计算方法： 实验采用流动法（装置见图）：在恒温下，用 固定液膜中平均离子浓度 定浓度的KNO或Mg(NO)溶液以1 m Im in的恒 定流速通过样品，用自动部分收集器按设定时间间 (1) 隔(10mim)收集样品中流出的流出液，用火焰光度 表面电位 计测定流出液中K浓度，用原子吸收分光光度计 在2：1型电解质体系中： 测定流出液中的Mg浓度，从而计算出不同时间扩 散讲入样品中的K、M离子数量。为尽量消除 (2) 离子扩散受纵向上浓度梯度的影响，样品尽可能 在1：1型电解质体系中： 薄。本实验设计每次称取土壤胶体02g左右，样 (3) 品体积约0.16am,样品层面积15.89am,样品层 平均厚度0.01am。 I裂 部分收集器 修水的烧 图1装置示意图 扩散通量： 量、扩散界面处的电位值和界面处的离子活度梯度 N=(C-Cw)×V 4 的测定数据，再利用我们已经建立起来的通量方程 式中，C为流入液离子浓度，C出为流出液离子浓 计算出来I。 度，V为固定液膜体积。 4kv D=元sSM (6) 平衡扩散量： =碧- 式中，k为常数，V为固定液膜体积，为常数，SS刷 (5) 为比表面积。 式中，t为时间，几为常数D为离子扩散系数，1为离 子扩散距离，根据不同时刻的扩散通量八，代入式 2结果与讨论 (5),再根据最小二乘法就可以算出离子的平衡扩 散量Nm。 21两种士壤胶体表面电荷性质 离子扩散系数：首先通过在实验的给定条件下 21.1在21和1：1型电解质体系中表面电荷性质 求解已经建立起来的外场中非稳态扩散方程求出 参数 分别用Ca(NO,)nNH,NO,作表面处理剂，用 离子活度梯度。离子扩散系数可通过利用扩散通b浓度为0O83 molm Mg(N0)2和0.020molm5期 丁武泉等: 表面电荷性质对离子在土壤胶体界面扩散的影响 897 1
2 表面电荷性质测定 1
2
1 平衡吸附量 (N∀ )及固定液膜体积 ( V )测定 具体步骤见文献 [ 15]。 1
2
2 平均离子浓度、表面电位的计算 分别采 用以下计算方法: 固定液膜中平均离子浓度 cp = N∀ V ( 1) 表面电位 在 2#1型电解质体系中:
0 = RT 2F ln 3 c0 cp 2 ( 2) 在 1#1型电解质体系中:
0 = RT F ln 4 c0 cp 2 ( 3) 式中, N∀ 为平衡吸附量,
0为表面电位, V 为固定液 膜体积, R 为气体常数, T 为温度, F 为法拉第常数, c0为交换液原液浓度 [ 12]。 1
3 离子扩散的实验方法 实验采用流动法 (装置见图 1): 在恒温下, 用一 定浓度的 KNO3或 M g(NO3 ) 2溶液以 1 m lm in - 1的恒 定流速通过样品, 用自动部分收集器按设定时间间 隔 ( 10 m in)收集样品中流出的流出液, 用火焰光度 计测定流出液中 K + 浓度, 用原子吸收分光光度计 测定流出液中的 M g 2+浓度, 从而计算出不同时间扩 散进入样品中的 K + 、M g 2+ 离子数量。为尽量消除 离子扩散受纵向上浓度梯度的影响, 样品尽可能 薄。本实验设计每次称取土壤胶体 0
2 g左右, 样 品体积约 0
16 cm 3 , 样品层面积 15
89 cm 2 , 样品层 平均厚度 0
01 cm。 图 1 装置示意图 F ig
1 Sch ematic d iagram of th e installation 扩散通量: N = (C入 - C出 ) V ( 4) 式中, C入 为流入液离子浓度, C出 为流出液离子浓 度, V 为固定液膜体积。 平衡扩散量: dN dt = 2 D 4l 2 (N ∀ - N ) ( 5) 式中, t为时间, 为常数, D 为离子扩散系数, l为离 子扩散距离, 根据不同时刻的扩散通量 N, 代入式 ( 5), 再根据最小二乘法就可以算出离子的平衡扩 散量N ∀ 。 离子扩散系数: 首先通过在实验的给定条件下 求解已经建立起来的外场中非稳态扩散方程求出 离子活度梯度。离子扩散系数可通过利用扩散通 量、扩散界面处的电位值和界面处的离子活度梯度 的测定数据, 再利用我们已经建立起来的通量方程 计算出来 [ 10 ]。 D = 4kV 2 2 SSA 2 ( 6) 式中, k为常数, V 为固定液膜体积, 为常数, SSA 为比表面积。 2 结果与讨论 2
1 两种土壤胶体表面电荷性质 2
1
1 在 2#1和 1#1型电解质体系中表面电荷性质 参数 分别用 Ca(NO3 ) 2、NH4NO3作表面处理剂, 用 浓度为 0
083 mo lm - 3 M g( NO3 ) 2和 0
020 mo lm - 3