《表1 黏土胶粒的粒径与电势》

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《腐植酸和Cd~(2+)对黏土胶粒在饱和多孔介质中迁移的影响》

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虽然在实验条件（pH 7.1）下，高岭石和蒙脱石黏土胶粒与石英砂均显负电性（见表1），但两种黏土胶粒均能在石英砂面沉降；此外，高岭石表面负电位高于蒙脱石，而高岭石沉积量显著（约97%），远大于蒙脱石（约75%）。这一现象无法用传统的DLVO理论解释。根据过滤理论，胶粒粒径也会影响其沉降速度:弥散是控制胶体沉降的主要机制并随粒径增大而减小[23]，但在背景溶液中，两种胶粒粒径均在1250 nm左右，差别不显著，所以不是造成这一沉降差异的原因。Missand等[24]也发现DLVO理论不能描述黏土胶粒的界面行为，并指出这是由于电荷非均匀地分布在黏土胶粒层间和端面（Edge side），与DLVO理论的基本假设不一致造成的。在我们的实验中，虽然两种黏土胶粒总体都显负电性，但其端面由于质子化（Protonation）而带正电[16-17]。因此，黏土胶粒在石英砂面的吸附沉降应该是通过带正电的端面与带负电的石英砂面之间的静电吸附作用。高岭石的端面面积与平面面积之比大于蒙脱石[18，25]，因而能为其沉降提供更多吸附点位，导致高岭石比蒙脱石更容易在石英砂面吸附。前面的分析显示腐植酸带负电，并能吸附到黏土胶粒表面，增加其负电性。这与已发表的研究结果一致:腐植酸通过表面羧基的去质子而带负电[26]，并通过静电吸附作用吸附在蒙脱石和高岭石端面[27]。由于蒙脱石和高岭石通过端面吸附在砂面上，因此，腐植酸对端面吸附点位的占据，降低了黏土胶粒的沉降速度。通过上节分析，Cd2+作为二价阳离子，可通过阳离子键桥作用连接黏土胶粒，引起其聚凝而粒径增大（粒径数据见表1）。根据Elimelech等[23]研究，胶粒粒径增大导致沉降速度降低，胶粒移动性增强。此外，由于Cd2+与胶粒端面带同种电荷，因此难以像腐植酸那样吸附并改变胶粒端面的电性。由于端面是黏土胶粒在砂面吸附的主要点位，因此，Cd2+对蒙脱石和高岭石胶粒的移动性的促进效果并不显著。当Cd2+和腐植酸共存时对黏土胶粒迁移的促进作用小于腐植酸单独作用。基于上一节分析，可能是由于Cd2+与腐植酸络合，消耗了部分腐植酸，从而减弱了黏土胶粒端面的腐植酸吸附量。相关研究也证实了Cd2+会与一部分腐植酸发生络合反应[28-29]。