Трансформация, поглощение и миграция соединений металлов с гумусовыми веществамиНИР

Transformation, sorption and migration of metals with humic substances

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 11 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. этап 2016 года
Результаты этапа: Исследовано изменение свойств водорастворимых органических веществ (ВОВ) почв при добавлении солей меди, как в твердую фазу почв, так и в водную вытяжку из почв. Внесение сульфата меди вызывает существенное подкисление почвы и снижение содержания водорастворимых органических веществ, которое может быть вызвано несколькими причинами. Во-первых, увеличение кислотности увеличивает поглощение анионогенных органических молекул минеральными и органическими компонентами почвы. Во-вторых, высокая концентрация метала с валентностью два и выше увеличивает поглощение органических молекул компонентами почв за счет образования «металлических мостиков». В-третьих, может происходить коагуляция органических молекул под действием электролита через сжатие двойного электрического слоя. При добавлении солей меди в водную вытяжку из почв регистрируется уменьшение среднемолекулярной фракции ВОВ, но увеличению высокомолекулярной и особенно низкомолекулярной фракции ВОВ. Предполагается разрушение комплексов растворимых органических веществ с железом и алюминием и замещение их комплексами с ионами меди. Таким образом, комплексообразование ионов металлов с ВОВ почв с разными свойствами проявляет себя и как фактор, влияющий на кислотность раствора, и как процесс, зависимый от кислотности почв. Проведено последовательное фракционирование меди из почвы модельного опыта по оценке влияния гуминового препарата на состояние меди. Несмотря на высокую дозу сульфата меди, вносимого в почву опыта, на обменную форму, извлекаемую хлоридом магния, приходится всего около 4% от суммарного количества при фракционировании. Количество меди, переходящее в вытяжку ацетатно-аммонийного буфера (ААБ) в 10 раз больше, в ее состав входит медь, в основном осажденная в виде гидроксидов. Ещё больше меди переходит в вытяжку ЭДТА, примерно половина всей суммы. Ее представляет в основном медь, которая связана в органические комплексы с высокой константой устойчивости. Внесение гуминового препарата в загрязненную почву уменьшает количество меди, переходящего в вытяжку ААБ и увеличивает количество меди, переходящей в вытяжку ЭДТА, как в абсолютных величинах, так и в процентном отношении. Т.е. добавленный гуминовый препарат прочно связывает часть меди. Но суммарное количество меди в трех вытяжках составляет 90-96% от кислоторастворимой меди, т.е. доля прочной фиксации меди почвой незначительна. Продолжено сотрудничество с коллегами из Южного федерального университета по отработке и совершенствованию новейшего метода околопороговой (вблизи края поглощения) тонкой структуры рентгеновских спектров поглощения XANES. Рентгеновская спектроскопия поглощения является в настоящее время одним из наиболее перспективных методов неразрушающей диагностики локальной атомной и электронной структур материалов без дальнего порядка в расположении атомов. Исследование этим методом чернозема, загрязненного солями металлов показало, что прочная фиксация меди и свинца осуществляется путем образования многочисленных внутрисферных комплексов преимущественно с органическими веществами почвы. Данные по химическому экстракционному фракционированию хорошо согласуются с инструментальным методом. Методом XANES получены спектры препаратов гуминовых кислот, содержащие адсорбированные ионы меди и цинка.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. этап 2017 года
Результаты этапа: Изучено взаимодействие меди с водорастворимыми органическими веществами в модельных лабораторных опытах с внесением гуминового препарата и фосфатов калия на почве разным содержанием органического вещества. Гидрофосфат калия оказывает сопоставимое с гуминовым препаратом действие. При средней степени загрязнением почвы медью происходит увеличение водорастворимых веществ в жидкой фазе, которые способствуют снижению активности меди и но снижают процент перехода ее в твердую фазу. При высокой степени загрязнения происходит подкисление растворов, что снижает растворимость органических веществ; внесение фосфатов в этом случае способствуют иммобилизации металла, но в меньшей степени, чем гуминовый препарат. Исследована взаимосвязь форм соединений металлов в загрязненном Черноземе обыкновенном и параметрами биологической активности. Увеличение содержания подвижных форм соединений тяжелых металлов в почве ингибировало целлюлозу-разлагающую и уреазную активность через 30 дней после внесения металла в почву. Согласно степени ингибирования биологической активности в Черноземе обыкновенном, изученные металлы образовывали следующий ряд: Cd>Pb>Zn>Cu. С помощью компьютерного комплекса HYDRUS рассчитаны гидрохимические характеристики определяющих перенос и трансформацию меди для двух горизонтов дерно-подзолистой почвы береговой зоны Иваньковского водохранилища. В расчет введены две формы меди в растворах. Получено хорошее совпадение рассчитанных концентраций на выходе меди и экспериментальных.
3 15 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. этап 2018 года
Результаты этапа: Для водных вытяжек из верхнего органоминерального горизонта технозема модельного полевого опыта с внесением сульфата меди и органических веществ (в виде гуминового препарата (ГП)), проведенного на первых этапах работы, рассчитаны формы соединений меди и гумусовых веществ в программе VISUAL MINTEQ по модели NICA-Donnan. Вся медь, находящаяся в вытяжке, полностью связывается с водорастворимыми органическими веществами (ВОВ) почвы. Для варианта с внесением только соли меди: 53 и 40 % металла связано с карбоксильными и фенольными функциональными группами фульвокислот, 2.5 и 3.4 % с карбоксильными и фенольными группами гуминовых кислот; на ион Cu2+ приходится не более 0.5 % на CuSO4 - менее 0.1 %. Внесение ГП снижает содержание свободного иона меди до 0,03 % и увеличивает долю меди, связанную с карбоксильными (18%) и фенольными (16%) группами гуминовых кислот. ИК-спектры ВОВ не отличаются между вариантами опыта. Так как доля карбоксильных и фенольных функциональными групп гуминовых и фульвокислот ВОВ, связанных прочно с ионами меди, составляет первые единицы процентов даже при высоком содержании металла в почве. С водной вытяжкой из контрольного варианта модельного полевого опыта был проведен лабораторный эксперимент с добавлением в нее сульфата меди и гуминового препарата. В отсутствии твердой фазы в лабораторном опыте при добавлении меди возрастает гидрофобность ВОВ на 30 % по сравнению с контролем. В полевом опыте это возрастание было существеннее (в 2.5 раза). Что говорит о разных механизмах убыли ВОВ из жидкой фазы почвы модельного полевого опыта при внесении соли меди. При внесении ГП к водной вытяжке из почвы контрольного варианта хроматограммы амфифильного распределения ВОВ усложняются: появляются дополнительные гидрофильные пики. Небольшое увеличение гидрофильности ВОВ фиксируется и при совместном добавлении ГП и соли меди. 94% меди оказались в объемах элюата, соответствующих гидрофильным пикам. Медь мигрирует за пределы почвенного профиля в основном с гидрофильными органическими водорастворимыми комплексами; и внесение ГП усиливает ее подвижность.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".