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第47卷第5期 土壤学报 Vol 47.No 5 2010年9月 ACTA PEDOLOG ICA SNICA Sep,2010 表面电荷性质对离子在土壤胶体界面扩散的影响 武泉李强李航2 (1重庆文理学院化学与环境工程学院，重庆402168 (2西南大学资源环境学院，重庆400716) 摘要 采用动力学方法测定了中性紫色土胶体和砖红壤胶体的电荷性质，研究了不同出、电解质体系， 浓度条件下离子在带电土壤胶体中的射敢过程分析了两种士壤胶体在不同条件下离子扩散通量和扩散系数的特 点。结果表明：1)中性紫色土胶体和砖红壤胶体中离子平衡扩散量为26、31mg官和Q6-Q51mgg前者 的扩散平衡量是后者的6倍10倍：2)中性紫色土胶体不同温度条件下，离子扩散系数为117×10” 2 砖红壤胶体中在与其对应温度条件下 系数为023 a45×1 m?,前者是后者的4倍-5倍。表面电荷性质对离子在带电土壤胶体界面扩散的影响起决定性作用。 关键词表面电荷性质：离子：胶体：扩散 中图分类号X1313 文献标识码 离子扩散和离子交换是自然界普遍存在的一 化学性质测定方法的提出，为研究外电场中的离子 种物理化学过程因此成为很多学科（如土壤、环 扩散奠定了方法和理论基础。本文以两种不 境、生物等)极其重要的研究内容，而一直受到人们 同表面电荷性质的土壤胶体为材料，研究表面电荷 重视。有关离子（或配位子）交换的动力学规律，在 性质对离子在胶体界面扩散的影响。 很多学科领域已作了大量研究。结果表明，离 子（或配位子）交换过程本身是很快的，扩散往往成 材料与方法 为控制速度的关键步骤。目前，许多研究者运用 Fk扩散定律研究各种条件对离子在胶体界面中 1.1不同电荷表面胶体提取和制备 扩散传输的影响。然而，所有这些研究均存在 实验以采自云南的砖红壤和重庆的中性紫色 个主要问题：没有考虑胶体颗粒外电场对离子扩 土两种表面类型土壤为研究对象，土样风干后过 散传输的影响。但是，胶体颗粒表面又是一个巨大 0.25mm筛，再采用超声波(300mm21.5出z)分 的外电场体系。因此，要准确描述离子在胶体中的 散后制成悬浮液按沉降法提取胶体围。用巴氏滤 扩散传输过程就必须考虑胶体中的强大外电场。 管抽滤后，置于红外灯下50℃左右烘干备用。某些 现在，外电场中离子扩散方程的建立和胶体表面电 基本性质（表1）按照常规法测定。 表1供试敢体的其本理化性质 交换性酸 士堆类型 盐基饱和度 氧化铁 CEC(anolkg) Soil tpe Exchanged acidl 比表面秋 (molkg') Salt sturtin(径）Inn o ile(gkg') SSA(m2) 中性紫色土胶体 Neutral pumli soil colbi 708 258 000 100 24.3 41 档红培胶体 Latool colbil 540 528 3为 21.4 ·国家自然科学基金项目(4074042060)、重庆市教委科技项目(KJ91206KD81200和重庆文理学院科研项目共同资 作者简介：丁武泉 一入男，江西川人，讲师。 从 土表面化学和电化学 方面的研究.Td0254968200 Emad wu 日期0-修改日m0 e Publishing House.reserved.http://www .cnki.net 第 47卷 第 5期 土 壤 学 报 Vo l 47, No5 2010年 9月 ACTA PEDOLOG ICA S IN ICA Sep. , 2010 * 国家自然科学基金项目 ( 40740420660 )、重庆市教委科技项目 ( KJ091206、K J081206)和重庆文理学院科研项目共同资助 作者简介: 丁武泉 ( 1982 ), 男 , 江西临川人, 讲师, 硕士, 从事土壤表面化学和电化学方面的研究。T e:l 02349682200; Em ai:l w u quand ing@ sohu com 收稿日期: 2009- 03 - 23; 收到修改稿日期: 2009 - 06- 01 表面电荷性质对离子在土壤胶体界面扩散的影响 * 丁武泉 1 李 强 1 李 航 2 ( 1重庆文理学院化学与环境工程学院, 重庆 402168 ) ( 2西南大学资源环境学院, 重庆 400716 ) 摘 要 采用动力学方法测定了中性紫色土胶体和砖红壤胶体的电荷性质, 研究了不同 pH、电解质体系、 浓度条件下离子在带电土壤胶体中的扩散过程, 分析了两种土壤胶体在不同条件下离子扩散通量和扩散系数的特 点。结果表明: 1)中性紫色土胶体和砖红壤胶体中离子平衡扩散量为 26 ~ 31 m g g - 1和 026~ 051 mg g - 1 , 前者 的扩散平衡量是后者的 6倍 ~ 10 倍; 2 )中性紫色土胶体不同温度条件下, 离子扩散系数为 117 10 - 9 ~ 191 10 - 9 cm 2 s - 1 , 砖红壤胶体中在与其对应温度条件下, 离子扩散系数为 023 10 - 9 ~ 0 45 10 - 9 cm2 s - 1 , 前者是后者的 4倍 ~ 5倍。表面电荷性质对离子在带电土壤胶体界面扩散的影响起决定性作用。 关键词 表面电荷性质; 离子; 胶体; 扩散 中图分类号 X131 3 文献标识码 A 离子扩散和离子交换是自然界普遍存在的一 种物理化学过程, 因此成为很多学科 (如土壤、环 境、生物等 )极其重要的研究内容, 而一直受到人们 重视。有关离子 (或配位子 )交换的动力学规律, 在 很多学科领域已作了大量研究 [ 19]。结果表明, 离 子 (或配位子 )交换过程本身是很快的, 扩散往往成 为控制速度的关键步骤。目前, 许多研究者运用 F ick扩散定律研究各种条件对离子在胶体界面中 扩散传输的影响 [ 39]。然而, 所有这些研究均存在 一个主要问题: 没有考虑胶体颗粒外电场对离子扩 散传输的影响。但是, 胶体颗粒表面又是一个巨大 的外电场体系。因此, 要准确描述离子在胶体中的 扩散传输过程就必须考虑胶体中的强大外电场。 现在, 外电场中离子扩散方程的建立和胶体表面电 化学性质测定方法的提出, 为研究外电场中的离子 扩散奠定了方法和理论基础 [ 1012]。本文以两种不 同表面电荷性质的土壤胶体为材料, 研究表面电荷 性质对离子在胶体界面扩散的影响。 1 材料与方法 11 不同电荷表面胶体提取和制备 实验以采自云南的砖红壤和重庆的中性紫色 土两种表面类型土壤为研究对象, 土样风干后过 025 mm 筛, 再采用超声波 ( 300 mm, 215 kHz)分 散后制成悬浮液, 按沉降法提取胶体 [ 13]。用巴氏滤 管抽滤后, 置于红外灯下 50! 左右烘干备用。某些 基本性质 (表 1)按照常规法测定 [ 14]。 表 1 供试胶体的基本理化性质 Tab le 1 Basic physicoch em ical p roperties of the selected so il colloids in the test 土壤类型 So il typ e pH CEC( cm ol kg - 1 ) 交换性酸 Exchanged acid ( cm ol kg - 1 ) 盐基饱和度 Salt saturation (% ) 氧化铁 Iron ox ide( g kg - 1 ) 比表面积 SSA( m 2 g - 1 ) 中性紫色土胶体 N eu tral purp lish soil collo id 7 08 25 8 0 00 100 243 41 砖红壤胶体 Latosol collo id 5 40 5 28 3 79 28 1 2114 27