土壤溶液中cl-、so42-与黄酸根阴离子对cd2+浓度之影响

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1、-2-2+土壤溶液中Cl、SO4與黃酸根陰離子對Cd濃度之影響張簡水紋、廖信宏、王敏昭朝陽科技大學環境工程與管理系摘要土壤溶液及相關環境溶液中最具生物毒性之重金屬離子應為自由離子型態者，其次方為錯合離子與中性分子型態者。重金屬在土壤溶液中之行為包括移動性及生物有效性不能以重金屬的全量濃度來預測及評估。再者，重金屬與配位基之鍵結會影響重金屬於土壤環境之化學行為與毒性。然而，甚少探討如何測定土壤溶液中重金屬之自由離子濃度。本研究因此探-2-2+討土壤溶液中優勢存在之Cl與SO4無機陰離子，以及黃酸根有機陰離子與Cd自由離子競爭錯合及鉗合作用之機制

2、。本研究以控制pH值為4.00、5.00與6.00之單純溶液系統，探討-2---2-Cl與SO4以及有機黃酸根陰離子存在時，溶液中無機陰離子NO3、Cl與SO4，以及有機陰2+離子黃酸根與Cd形成離子對，錯合作用及/或鉗合作用之程度，並利用所測得之數據資料套2+用於MINTEQ軟體估算Cd及相關錯合離子之濃度，比較模式模擬值與公式計算值之差異。-2+2+-2+研究結果指出，Cl由於可以與Cd錯合而降低溶液中Cd自由離子濃度；NO3則極少與Cd---錯合。溶液系統中Cl與NO3存在時，Cl/Cd之mol比為3.44與3.18之pH值系統中，形成

3、+-+之CdCl的量有顯著差異；然而Cl/Cd之mol比為4.05之各pH值系統中，形成之CdCl量並-2-無顯著差異。相同溶液系統，但是添加與Clmol數相同之SO4者，亦有相同之結果。依據2+-2+2+Cd與Cl之反應式計算得Cd濃度與利用MINTEQ軟體估算之Cd濃度相接近，兩者亦顯2+2-+2-示Cd濃度並未受到SO4加入的影響，但形成之CdCl量的差異卻與SO4的存在與否有關。2+添加黃酸(FA；MW>1,000或MW<1,000)於反應系統中，大量之減少溶液系統中之Cd濃度，2+且差異顯著。溶液系統中，Cd濃度隨pH值之增加而顯著

4、減少。相反的，溶液系統之總Cd+中形成FACd與FA2Cd之百分比，均隨pH值之增加而顯著增加。再者，在pH值5.00與6.002++時，溶液中之總Cd形成FACd之百分比顯著高於總鎘中形成CdCl與CdSO4(aq)者。因此，-2-2+2+黃酸根陰離子與Cl及SO4競爭與Cd之反應，在較高pH值(5.00與6.00)，其優先與Cd+反應形成FACd。2+關鍵詞：生物毒性、重金屬、黃酸根陰離子、Cd自由離子、錯合作用一、前言隨著人類活動的頻繁，土壤除農業利用外，其他方面的使用也日益增多。在台灣地區有許多工業分佈於農業區附近，導致工廠廢水直接排

5、入農田事件時有所聞，另外尚有化學肥料及農藥問題，如使用不當，也會污染附近的水源，或進入土壤後，造成土壤理化性質的惡化、重金屬及特定有害物質的蓄積等問題[1][2]。重金屬在土壤溶液中之行為包括移動性及生物有效性不能以重金屬的全量濃度來預測及評估。金屬的被吸收以及其毒性取決於金屬的物種型態，而這些結果時常與自由金屬離子之活性極相關[3][4][5]。重金屬污染對環境的衝擊甚大，其原因除了來源廣泛之外，與其在土壤中存在的型態及不同型態的化學作用所造成的傳輸機制多變有很大的關聯[6]。當重金屬進入土壤後，會成為自由離子而隨土壤溶液自由移動，或是以離

6、子交換態暫存於土壤，或是經土壤有機質、粘粒等吸附而降低移動性，亦或形成沉澱物型態，這些不同型態的重金屬對動植物的危害程度也不同[7]。土壤溶液中鎘的濃度會隨土壤特性與農耕或其它的利用方式而改變[8]。土壤污染物之分析，可分為全量、生物有效性(Bioavai-lability)及溶出性分析[9]。土壤溶液中可溶性之重金屬，包括自由離子(freeion)、錯合離子(complexion)以及中性分子，其等與依不同鍵結能吸附於有機-無機膠體或存在於無機礦物晶格中之重金屬建立一個熱力學之平衡體系[10][11][12][13][14][15][16]

7、[17]。依據土壤溶液中離子及分子之尺寸以及其等之電荷大小，最具生物毒性之重金屬離子應為土壤溶液中自由離子型態者，其次方為錯合離子與中性分子型態者。為表示土壤重金屬對種植作物之生物毒性，通常是探討土壤之酸溶性(例如，0.1MHCl)重金屬量或鉗合劑可萃取量與作物各部位重金屬含量之相關；或是以土壤之王水可溶性重金屬量或全量表示對種植作物之毒害潛勢[18][19]。然而，甚少探討如何-2-測定土壤溶液中重金屬之自由離子濃度。本研究因此探討土壤溶液中優勢存在之Cl與SO42+無機陰離子，以及黃酸根有機陰離子與Cd自由離子競爭錯合作用之機制。二、理論

8、背景在紐西蘭集約之牧草地需要施用大量之肥料，Tayor與Percival(2001)[20]因此探討與肥料儲存槽不同距離處土壤溶液之Cd含量，渠以GEOCHEM-P