登录

  • 登录
  • 忘记密码?点击找回

注册

  • 获取手机验证码 60
  • 注册

找回密码

  • 获取手机验证码60
  • 找回
毕业论文网 > 开题报告 > 农林类 > 农业资源与环境 > 正文

方解石固磷及其在有机酸溶液的释磷特性开题报告

 2022-01-09 22:54:39  

全文总字数:5683字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目的:探究方解石固磷及其在有机酸溶液的释磷特性

意义:磷是植物生长发育的必须营养元素之一,同时也是导致水体富营养化的主要原因之一,方解石在自然界中存在广泛,是容易获得且成本低廉的天然矿物,相关研究表明方解石可有效去除水中的磷酸盐。同时植物获取磷的过程可以通过根系分泌有机酸活化难溶性磷。目前尚未发现利用植物分泌的有机酸评价方解石释放磷的研究,本毕业设计将对这方面进行探索,以起到“抛砖引玉”的作用。

国内外研究现状

磷是植物生长发育的必须营养元素之一,植物主要从土壤中获取磷,但土壤中磷的有效性非常低,主要是因为土壤基质固定磷,使其转化成无效态。在缺磷的条件下,植物可通过分泌有机酸活化难溶性磷。一方面土壤基质固定磷,而另一方面根系释放的有机酸可以活化磷,两个相反的过程的影响磷的迁移转化。方解石在自然界中存在广泛,方解石溶解出Ca2 ,Ca2 促进了方解石对磷酸盐的去除,并且Ca2 浓度越高,对磷酸盐去除的作用越强,当Ca2 浓度较低时,随着pH值(5-9)的增加,方解石的除磷效率明显下降,而当Ca2 浓度较高时,pH值(5-9)对方解石除磷性能的影响则较小,方解石去除磷酸盐的性能受粒径和温度的影响较大[1]。所以方解石固磷与Ca2 浓度、pH、温度有关。

相关研究表明:方解石在开放系统下的预平衡过程在24h左右便能完成。加入邻苯二甲酸的情况下,当初始磷浓度小于2.5mg/L时,磷的去除率下降了一些,这是因为磷去除主要通过表面吸附完成,邻苯二甲酸与磷共同竞争表面上的吸附位点;当初始磷浓度大于2.5mg/L时,磷的去除率增大了一些,这是因为邻苯二甲酸的加入促进了钙浓度的增加,从而促进磷通过钙磷化合物的沉淀形式去除[2]。因此我们推断有机酸对方解石的影响机理与此机理相似。许多植物在养分胁迫下,尤其是在缺磷条件下可以通过增加有机酸的分泌,作为其适应机制。且有机酸具有活化土壤磷的功能[3]。由于土壤组分复杂,难以从土壤本身揭示有机酸对固磷影响的机理,科研人员转向用氧化物或矿物进行相关机理探索,如氧化铁、氧化铝,这为了解酸性土壤磷的循环提供了基础。但关于有机酸对碳酸钙固磷影响的报道还不多,开展这方面的研究可为了解石灰性土壤磷的固定和活化提供支撑。

[1]林建伟,朱志良,赵建夫,等. 方解石去除水中磷酸盐的影响因素研究[J]. 中国给水排水,2006,22(15):67-70.

[2]李振炫,刁家勇,黄利东,等. 开放系统下方解石对磷的去除[J]. 环境科学,2015,36(12):4523-4530.

[3]陆文龙,曹一平,张福锁. 根分泌的有机酸对土壤磷和微量元素的活化作用[J]. 应用生态学报,2004, 10(3):379-382.

2. 研究的基本内容

该试验主要针对磷的背景环境,从两个方面进行研究,以探究有机酸与磷在方解石表面相互作用机理。

(1)、探究不同磷浓度下方解石溶液对磷的固定作用:

通过泵气使方解石和水、空气达到预平衡,再通过震荡使磷吸附到方解石上,反应后的离心溶液过滤后,测定指标包括溶液磷、钙浓度和pH,其中溶液磷浓度采用钼锑抗法测定,以比较得出方解石固定磷的最佳浓度,溶液钙浓度则采用原子分光光度计进行测定,以探究方解石对磷的固定作用。

(2)、有机酸与磷同时共存体系方解石固磷变化特点和规律:

在前面的研究基础上,采用不同溶液探究(1)中不同磷浓度下磷与方解石结合的牢固程度,从而研究方解石固磷的生物有效性度。试剂种类:碳酸钙平衡水、柠檬酸、苹果酸。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实验方案:

1、在容量为5L储备容器中加入4L蒸馏水,并加入10-20g方解石(碳酸钙),用小气泵通气5天,并不断搅拌,制成平衡水。保证pH不变;

2、

称取1g方解石加入50mL离心管中,加入39mL平衡水,再加1mL浓度分别为40、200、400、800、2000mg L-1的含磷溶液,保证加入后的磷浓度为:1、5、10、20、50mg L-1,同时设空白不加磷的样品(即加入1mL去离子水),3次重复处理。再从中任选两个磷浓度,为40mg L-1和800mg L-1,加入1mL所选的磷浓度的溶液至39 mL平衡水,不加方解石,重复两次,以便进行质量及磷浓度控制;

3、盖上盖子,横着振荡24h(170rmp,25℃);

4、离心10分钟,转速为4000转,立即测pH;

5、吸取30mL,用一次性滤头(0.45μm水系滤膜)过滤到小白瓶中,每个样品中滴加一滴浓盐酸以便保存,然后采用钼酸铵-蓝分光光度法测磷浓度,采用原子分光光度计测钙浓度;

6、将3组离心管中剩余的溶液和固体分别用30mL平衡水、柠檬酸和苹果酸洗入50mL三角瓶中,保证反应时溶液有机酸浓度为20mmol/L;

7、将三角瓶放入振荡器,振荡24h(200rmp,25℃),立即取出测定pH;

8、吸取尽量多的溶液,用一次性滤头(0.45μm水系滤膜)过滤至小白瓶中,每个样品中滴加一滴浓盐酸以便保存,采用钼酸铵-蓝分光光度法测磷浓度,采用原子分光光度计测钙浓度;

进度安排:

2017.12-2018.2,文献调研,方法收集,采集样品,筹备其他实验器材;

2018.2.26-2018.3.10,在开放系统下平衡方解石溶液,制平衡水;

2018.3.11-2018.3.13,完成方解石对不同浓度磷溶液的吸附;

2018.3.13-2018.3.16,加入不同种类有机酸和蒸馏水,控制其他条件不变,使有机酸与方解石固磷后的体系反应;

2018.3.16-2018.4.20,进行各项测定得出数据;

2018.4.20-2018.5.10,整理分析数据,做出图表,借助多种表征仪器和方法,得出有机酸对方解石固磷影响的结论,撰写论文。

预期结果:

方解石会固定一部分磷,使溶液中磷的浓度降低,加入有机酸后,溶液中磷的浓度会提高,原因是有机酸使磷分子从方解石上解吸。因此通过实验我们能得到方解石固定磷的最佳浓度,同时获得有机酸与磷同时共存体系中方解石固磷变化规律和特点。

4. 参考文献

[1] 朱静,李敏,滕泽栋.中国环境科学学会学术年会论文集:外源有机酸对土壤磷有效性影响的研究进展[C].北京:北京林业大学 环境科学与工程学院,2015:3740.

[2] 林建伟,朱志良,赵建夫,等. 方解石去除水中磷酸盐的影响因素研究[J]. 中国给水排水,2006,22(15):67-70.

[3]Sindelar,H.R.,Brown, M.T.,Boyer,T.H. Effects of natural organic matter on calcium and phosphorus co-precipitation[J]. Chemosphere,2015,138:218-224.

[4]Zhenxuan Li, Xiaowen Sun,Lidong Huang,Dagang Liu, Luji Yu,Hongsheng Wu,Dongyang Wei.Phosphate adsorption and precipitation on calcite under calco-carbonic equilibrium condition[J]. Chemosphere,2017,183:419-428.

[5]李振炫,刁家勇,黄利东,等. 开放系统下方解石对磷的去除[J]. 环境科学,2015,36(12):4523-4530.

[6]Perassi,I.,Borgnino,L. Adsorption and surface precipitation of phosphate onto CaCO3- montmorillonite: effect of pH,ionic strength and competition with humic acid[J]. Geoderma,2014,232-234,600-608.

[7]S, H.U.,Postma D,Jakobsen R,et al. Sorption of phosphate onto calcite; results from batch experiments and surface complexation modeling[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta,2011,75(10) : 2911-2923.

[8]许虹,张静,高一鸣. 利用矿物方解石进行水体除磷实验研究[J]. 地学前缘,2008,15(4):138-141.

[9]Van Cappellen,P.,Charlet,L.,Stumm,W.,Wersin,P.. A surface complexation model of the carbonate mineral-aqueous solution interface[J]. Geochim. Cosmochim,1993,AC 57,3505-3518.

[10]陆文龙,曹一平,张福锁. 根分泌的有机酸对土壤磷和微量元素的活化作用[J]. 应用生态学报,2004, 10(3):379-382.

[11]陈宇晖,李方敏.有机酸对土壤磷吸附的影响[J]. 湖北农学院学报,1998,18(2):121-124.

[12]杨绍琼. 低分子量有机酸对石灰性土壤磷素组成与有效性的影响[D]. 中国科学院研究生院:教育部水土保持与生态环境研究中心,2012.

[13]Perassi,I.,Borgnino,L.. Adsorption and surface precipitation of phosphate onto CaCO3emontmorillonite:effect of pH,ionic strength and competition with humic acid[J]. Geoderma,2014,232-234,600-608.

[14]李振炫,黄利东,陈艳芳,等.开放系统下方解石对邻苯二甲酸的吸附[J]. 环境科学,2015,36(7):2547-2553.

[15]Nagarajah S,Posner A M,Quirk J P. Desorption of phosphate from kaolinite by citrate and bicarbonate[J]. Soil Sci Soc Amproc,1968,32:507 -510.

[16]Lopez-Her nandez,Siegert D G,Rodriguez J V,Competitive adsorption of phospha te with malate and ox alate by tropical soils[J]. Soil Sci Soc Am Proc,1968,50 :1460-1462.

[17]Cole C V,Olsen S R,Scott C O. The nature of phosphate sorption by calcium carbonate[J]. Soil Science Society of America Journal,1953,17(4) : 352-356.

[18]Stumm W,Leckie J O.Phosphate exchange with sediments: its role in the productivity of surface water[A]. In: Jenkins S H.Advances in Water Pollution Research[M]. Oxford: Pergamon Press,1970,2: 1-16.

[19]Naidu, S.,Scherer,G.W..Nucleation,growth and evolution of calcium phosphate films on calcite[J]. J.Colloid Inter. Sci,2014,435, 128-137.

[20]van der Weijden R D,Meima J,Comans R N J.Sorption and sorption reversibility of cadmium on calcite in the presence of phosphate and sulfate[J].Marine Chemistry,1997,57(1-2):119-132.

[21]Xu N,Yin H W,Chen Z G,et al. Mechanisms of phosphate retention by calcite: effects of magnesium and pH[J].Journal of Soils and Sediments,2014,14(3):495-503

[22]王里奥,钟山,刘元元,等.方解石去除废水中高浓度磷酸盐机理与影响因素[J].土木建筑与环境工程,2009,31(4):107-111.

[23]戴树桂. 环境化学[M]. 第二版. 北京:高等教育出版社,2006:152-154.

[24]杨绍琼,党廷辉,戚瑞生,马瑞萍. 低分子量有机酸对不同肥力土壤磷素的活化作用[J]. 干旱地区农业研究,2012,30(4):60-64

剩余内容已隐藏,您需要先支付 5元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

微信号:bysjorg

Copyright © 2010-2022 毕业论文网 站点地图