雍小龙开题报告-酸度与腐殖酸对土壤吸附铜的影响研究.doc

四川农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告毕业论文（设计）题目酸度与腐殖酸对土壤吸附铜的影响研究选题类型基础型课题来源自选项目学 院生命科学与理学院专 业应用化学指导教师吴明君职 称副教授姓 名雍小龙年 级2008级学 号200861871 立题依据土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，其厚度一般在2 m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素1。铜是一种普遍存在的元素，它有自然源和人为源两种。大部分的自然源来自岩石圈含铜矿物质和岩石圈风化产生的土壤。人为源主要是冶炼尾矿，工业废水和公共处理设施等将大量的铜排放到环境中，造成土壤和水体的污染对植物和动物具有重要的生理功能2。铜对植物和动物具有重要的生理功能，但是铜过量又会对其产生毒害。铜是植物生长发育必需的微量营养元素，铜的许多营养功能与其以酶结合参与的氧化一还原反应有关。铜能促进作物光合作用及其体内蛋白质的累积，对作物品质有很大贡献；铜影响碳水化合物、脂肪和氮的代谢3。有关动物体内铜素缺乏而导致病害的研究也多见报导。铜也是人体必需的营养元素，现已发现人体内30种以上的酶和蛋白质中含有铜4。但是铜作为一种环境污染元素，过量排放到环境中，对植物的生长又会产生危害。随着工业、城市污染的加剧及农用化学物质种类、数量的增加，导致大量的重金属元素(镉、铅、铬、铜)进入土壤,严重的污染了土壤6。目前，世界各国的土壤均存在着不同程度的重金属污染，例如，德国某冶炼厂附近的土壤中含铅300-2900mg/kg，而在矿区附近严重污染的土壤中铅含量可高达5000 mg/kg(一般土壤铅的背景值在2-200mg/kg之间，平均为1020mg/kg) 7。从我国污灌区普查结果看，在2000多万亩灌溉农田中，受重金属污染的农田已达1359万多亩，污染范围之大，引起了人们的高度重视8。当前我国区域农业环境恶化与农产品重金属污染现象十分严重，特别是在一些经济发达地区。许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量接近临界值和超标，多数是由于工业污水灌溉造成的。据统计，重金属含量超标的农作物种植面积约占污染物超标农作物种植面积的80以上，尤其是铅、镉、汞、铜及其复合污染最为突出9。重金属在土壤中积累的初期，具有累积性、隐蔽性和滞后性、不可逆转性等特点10。我国北方的广大的污灌区，土壤都呈弱碱性。碱性环境下重金属在土壤中的沉淀和吸附量增加，大量的重金属没有被淋洗到深层土壤而滞留在表土层中。如此一来，虽然地下水遭受重金属污染的可能性大大减少，但是土壤中的重金属大量富集11。因此研究重金属在土壤中的运移行为迫在眉睫。自二十世纪的七八十年代以来，许多学者针对沉积物和土壤中重金属形态的提取和分离，建立了大量的方法，国内也有专家对土壤中重金属的形态进行了研究12。土壤中重金属形态的化学分析法是依据不同浸取能力的提取剂分别提取出与土壤颗粒有着不同结合力的化学形态并测定其浓度而建立起来的13。在选择提取剂时，研究者都试图模拟自然环境中的或一些人为因素引起改变的环境条件。常用的提取剂有中性的电解质，如MgCl2，CaCl2；弱酸的缓冲溶液，如醋酸或草酸；螯合试剂，如EDTA，DTPA；还原性试剂，如NH2OHHCl；氧化性试剂，如H2O2；以及强酸，如HCl，HNO3，HClO4，HF。电解质、弱酸以及螯合试剂主要以离子交换的方式将金属元素释放出来，而强酸和氧化剂则以破坏土壤基质的方式释放出金属元素14。土壤中重金属的移动性主要是由土壤的吸附特性所控制，因而影响土壤吸附性质的因素如土壤的粘粒含量、pH、有机质、Eh、碳酸盐含量及铁铝氧化物等性质也影响着重金属在土壤中的滞留能力和移动性15。Kookana等研究了土壤溶液组成对Cu2+运移的影响，结果表明Cu在土壤中的移动性很大程度上受离子浓度和离子类型的影响。在溶液离子强度较低的条件下，稍微增大Ca2+的浓度，Cu2+的运移性就有显著的增强 ，这与王立仙等的研究相吻合。Daniel等也研究了不同Cu浓度条件下的土柱出流实验，表明在低浓度条件下(10-5M)吸附是线性的，运移过程受吸附速率限制的影响；在较高浓度条件下(10-3M)，吸附的非线性占主导地位，运移过程不受速率限制的影响。武玫玲将土壤中铜离子的专性吸附，按其解吸条件区分为松结合铜(可为NH4Cl解吸)和紧结合铜(仅能被HCl解吸)两种。紧结合铜受平衡溶液铜浓度影响很小，所占据的吸附点对Cu2+有较强亲和力。松结合铜则随平衡铜溶液浓度增大而增加。究其原因可能由于紧结合铜对铜的吸持力强，在较低浓度范围内即可达到最大值16。2 研究的主要内容通过改变土壤腐殖酸的含量，再分别改变其酸度，达到吸附平衡后，在原子吸收分光光度计上测其吸光值，建立吸附等温式Q=K1/n，以吸附量对浓度作图即可制的室温下不同腐殖酸含量不同pH条件下土壤对铜的吸附等温线，从而得到不同条件下土壤对铜的吸附的影响，为处理环境中的铜污染提供有力的依据。本实验首次通过条件实验来确定土壤吸附铜达到平衡的最佳时间，首次以酸度梯度来描述酸度对土壤的吸附影响，用数学函数公式和图形来形象的描述酸度对土壤吸附铜的关系。3 研究方案3.1 实验材料与仪器3.1.1 土样两份（一份加腐殖酸，一份不作任何处理） 铜标准液 NaNO3 H2SO4 NaOH 腐殖酸 3.1.2 主要仪器原子吸收分光光度计 恒温振荡器 离心机 酸度计 聚乙烯塑料瓶原子吸收测定条件：波长：324.7nm；灯光流（1mA）；光普通带：20；增益粗调：0；燃气：乙炔；助燃气：空气；火焰类型：氧化型3.2 实验方法3.2.1 标准曲线的绘制 吸取铜标准溶液配制成阶梯浓度，然后在原子吸收分光光度计上测定吸光度，根据吸光度与浓度的关系绘制标准曲线。3.2.2 土壤对铜的吸附平衡时间的测定取两份不同土壤加入铜标准液在室温下分别震荡10、20、40、60、90、120min离心，测吸光度，根据实验数据绘制铜浓度和土壤对铜的吸附量对反应时间的关系曲线，确定吸附平衡时间。3.2.3条件实验：土壤对铜的吸附量的测定两份土样分别加入不同酸度的铜标准液，震荡平衡后，吸取上清液，定容，用原子吸收分光光度计测定吸光度。3.2.4 空白试验另取一份土样，不加腐殖酸，也不改变其酸度，加入铜标准液，震荡平衡后测其吸光值。3.2.5 加标回收试验待样品振荡吸收平衡后，吸取上清液，加入已知量的标准铜液，测其吸光值。 4 预期研究结果4.1 确定土壤吸附铜的最佳条件通过研究找出土壤对铜吸附平衡时间。4.2 建立标准曲线和吸附等温线建立标准曲线，线性相关r达到3个9；回收率达到99%以上，以吸附量对浓度作图即可制的室温下不同pH条件下土壤对铜的吸附等温线。5 论文进度安排第一阶段：2010.12-2011.3，题目选择及构思第二阶段：2011.3-2011.4，撰写开题报告并准备开题报告答辩。第三阶段：2011.5-2011.7，进行试验第四阶段：2011.8-2011.9，对本项研究进行讨论、分析、评估、整理、撰写论文。 参考文献1 李天杰，宫世国等土壤环境化学北京：高等教育出版社，19951311332 Prohaska JR Biochemical cha 19es in copper denciency Joumal of Nutrition Biochemistrx 19901：4524613 HMarschneL李春俭等高等植物的矿质营养M北京：中国农业大学出版社，2001.2322414 阮喜云，钟士江，刘庆勇等铜过量的表现国外医学、医学地理分册，1999，4：157 1695 袁可能植物营养元素的土壤化学北京：科学出版社，19834226 陈维新主编农业环境保护北京：农业出版社，1995131p7 Maiz，M VEsnaolaE MjllanEValu“on of heaVy metal aVailability in continatedsoils by a short sequential extraction procedureThe Science of 1_0tal Environment，1997，2006： 1071158 陈怀满，郑春荣中国土壤重金属污染现状与防治对策AMBIO：人类环境杂志，1999，28(2)： 130-1349 曹尧东，孙波，宗良纲，汤勇辉丘陵红壤重金属复合污染的空间变异分析土壤，2005，37(2)：140-14610 刘清，王子健，汤鸿霄重金属形态与生物毒性及生物有效性关系的研究进展环境科学，1996，1：899211 章明奎污染土壤中重金属的优势流迁移环境科学学报，2005，25(2)：192-19712 徐仁扣，肖双成，蒋新，吴建军，谢丹pH对Cu(II)和Pb(II)在可变电荷土壤表面竞争吸附的影响土壤学报，2006，43(5)：871-87413 王维君，邵宗臣，何群红壤黏粒对Co、Cu、Pb和Zn吸附亲和力的研究土壤学报，1995，32(2)：167-17814 邹献中，徐建民，赵安珍，季国亮可变电荷土壤中铜离子的解吸土壤学报，2004，410)：6