吸附和离子交换

矿物和有机物表面的吸附和离子交换控制着土壤和沉积物中养分、金属和污染物的保留和释放。

Definition

研究土壤和沉积物中固-液界面处离子和分子的积累，包括可逆离子交换和特异性吸附。

Scope

本主题涵盖带电表面上的阳离子和阴离子交换、金属和含氧阴离子的特异性吸附和表面络合、有机化合物的吸附等温线和分配，以及这些过程对pH值、离子强度和表面性质的依赖性。

Core questions

• 非特异性离子交换与特异性吸附有何区别？
• pH值和离子强度如何控制吸附？
• 吸附数据如何通过等温线和表面络合模型来描述？
• 有机污染物为何会分配到土壤有机质中？

Key theories

表面络合和离子交换

离子保留包括永久电荷位点上弱的、可逆的静电交换，以及可变电荷氧化物上通过表面络合发生的强的、依赖于pH值的特异性吸附，这为土壤吸附提供了一个统一的描述。

Mechanisms

黏土上的永久负电荷驱动可逆阳离子交换，而可变电荷氧化物和边缘位点形成内层和外层表面络合物，其强度取决于pH值和离子。非极性有机化合物主要分配到土壤有机质中，这由与有机碳含量相关的分配系数来描述。

Clinical relevance

吸附和离子交换决定了养分和污染物的生物利用度、淋溶和迁移率，对于预测其迁移和修复设计至关重要。

History

从早期对土壤中碱交换的研究开始，该领域在20世纪后期通过表面络合模型和键合机制的光谱确认取得了进展。

Key figures

• Garrison Sposito
• Donald L. Sparks

Seminal works

• sparks2003
• sposito2008

Frequently asked questions

什么是阳离子交换容量？

它是土壤在其带负电荷的表面上能保持的可交换阳离子的数量，是衡量其保留养分能力的关键指标。