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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 生物資源暨農學院
  3. 農業化學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/35595
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor王明光
dc.contributor.authorKai-Ying Chiangen
dc.contributor.author江凱楹zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-13T07:00:12Z-
dc.date.available2012-07-27
dc.date.copyright2011-07-27
dc.date.issued2011
dc.date.submitted2011-07-22
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/35595-
dc.description.abstract本研究選擇兩個砷與鉛汙染剖面(pedon 1 及 2)以及兩個未汙染剖面(pedon 3 及 4),來分析土壤物理化學性質及砷與鉛之吸附研究。關渡地區土壤為弱酸性、高鹽基之灰色黏壤土,土壤之高鹽基受到海風與地下水位之影響甚大。礦物組成以蛭石、伊萊石與高嶺石為主。本區為典型或暗色的漂白潮濕淋溶土。
以X-ray diffraction (XRD)礦物鑑定、掃瞄式電子顯微鏡(Scanning electron microscopy, SEM) 、X光能譜散佈分析儀 (Energy dispersive spectrometer , EDS)與同步輻射分析技術 (X光吸收光譜技術, X-ray absorption spectroscopy, XAS)等物理學的方式,分析關渡地區砷與鉛污染土壤;輔以還原實驗瞭解重金屬釋放之情形;並以淋洗與萃取劑之研究來瞭解是否有更效率的移除方式;最後以低汙染土壤對於砷與鉛進行吸附之研究,瞭解當地土壤對於砷與鉛之吸附行為。
土壤樣本經粉末XRD礦物分析鑑定,發現汙染土壤剖面各層次皆有砷鉛鐵礬(beudantite)的存在;以掃瞄式電子顯微鏡分析,發現似砷鉛鐵礬之八面體構造,輔以X光能譜散佈分析儀,發現該八面體構造中同時含有砷與鉛元素之存在;X光近緣結構 (X-ray absorption near edge structure, XANES)圖譜顯示砷原子在污染土壤樣本中主要為+5價,而鉛原子高於+4價鉛離子(PbO2),所有證據說明土壤中有砷鉛鐵礬之存在。
在還原實驗中,砷在還原條件下釋放速率相當緩慢,XANES分析土壤中的砷主要還是以五價砷為主,而鐵的價數主要是以三價為主,但隨還原時間有晶性改變之現象。液相層析儀分析土壤釋放砷之型態主要是以三價砷為主。
以淋洗實驗來看,鉛並未被洗出; pH 2之磷酸對於污染土壤中的砷有最強的洗出效果。由萃取實驗來看,對汙染土壤的砷而言,以0.1 M磷酸之移除效果最強,其次是pH 12的萃取劑;對汙染土壤的鉛而言,所有萃取劑之移除效果皆不顯著。所有萃取劑的移除效果,皆隨著剖面深度增加而下降,間接證明鉛是以礦物型態向下移動。
所有受測土壤樣品中以pedon 4之20-40 cm對砷酸氫鈉有最大吸附量,為2.44 mg g-1;而pedon 3之40-60 cm對硝酸鉛有最大吸附量,為10.56 mg g-1。溫度變化對於砷酸氫鈉的吸附過程有顯著影響,但對硝酸鉛的吸附過程影響不明顯。實驗結果顯示砷酸氫鈉與硝酸鉛之脫附過程為緩慢的反應。
zh_TW
dc.description.abstractThis study collected two pedons of arsenic (As) and lead (Pb) contaminated soils (i.e. Pedon 1 and 2) and uncontaminated soils (pedon 3 and 4) for the soil physical and chemical analysis, and As and Pb adsorption and desorption experiments.
Guandu areas contaminated soils is weak acid and high base, it can be classified as clay loam, mixed, thermic, Typic or Umbric Albaqualfs. Soil minerals are vermiculite, illite and kaolinite. X-ray diffraction mineral identification (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and X-ray absorption spectroscopy (XAS). The reduction experiment can help us to understand the release situation of arsenic and lead in contaminated soils. The leaching and extractant tests may find out is there a more efficient way to remove arsenic and lead. On the other hand, using uncontaminated soil for As and Pb adsorb experiments. All experiments will help us to understand the role of heavy metals in this region.
The powder XRD of contaminated pedon has found beudantite existed at different soil horizons. Scanning electron microscope (SEM) analysis found octahedral structure as beudantite. Energy dispersive spectrometer (EDS) also proof that arsenic and lead are on the octahedral shape. In soil samples, XAS shows the valence of arsenic atoms is +5 and lead atoms is near +4. All evidence show that existence of beudantite contained in the soil.
Under reducing conditions, the release rate of arsenic is very slow. XANES analysis soil samples shows that the dominant specie of arsenic is As(V), and the valence of iron in soil sample is +3. Liquid chromatography analysis of released arsenic as the types of As(III) is a majored species.
In leaching experiments, pH 2 phosphate has the best removal efficiency to replace As in contaminated soils, but Pb was not leached out from soil samples. In contaminated soils, 0.1 M phosphate shows the best removal efficiency of arsenic, followed by pH 12 extractant. On the other hand, the effects of removal lead by all extractant are insignificant. Removal effects of extractants are decreased with increasing soil depth. It cans beshows indirect evidence of mineral forms of lead is moving down in soil profiles.
For the soil adsorption experiment, the soil sample of pedon 4 at 20-40 cm has the strongest adsorbing capacity to Na2HAsO4, the adsorbance is 2.44 mg g-1. On the other hand, the soil sample of pedon 3 at 40-60 cm has show the strongest adsorbing capacity to Pb(NO3)2, the adsorbance is 10.56 mg g-1. Temperature changes significantly impact the effects of arsenic adsorption, but it is noe shown any significant for lead adsorption. Desorption experiments show that As and Pb desorption is a slow reaction.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-13T07:00:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2011
en
dc.description.tableofcontents目錄
摘要 I
Abstract III
目錄 V
圖目錄 X
表目錄 XIV
第一章、前言 1
第二章、文獻回顧 3
第一節、關渡地區砷與鉛污染來源之推論 3
第二節、關渡地區砷與鉛污染之研究 4
第三節、砷之化學性質與毒性之介紹 6
2-3-1.砷的基本性質 6
2-3-2.環境中砷的來源 6
2-3-3.砷的污染情況 7
2-3-4.砷的環境化學 8
2-3-5.砷與礦物吸附之研究 13
2-3-6.砷的毒性 14
第四節、鉛之化學性質與毒性之介紹 16
2-4-1.鉛的基本性質 16
2-4-2.環境中鉛的來源 17
2-4-3.鉛的環境化學 18
2-4-4.鉛的毒性 19
第五節、重金屬型態劃分 21
第六節、土壤重金屬移除方式 22
第七節、研究目的 24
第三章、材料與方法 25
第一節、土壤採樣地點與方法 25
第二節、分析方式 28
3-2-1.土壤基本物理化學性質 28
(1)土壤粒徑分析:鮑氏比重法(Gee and Bauder, 1986) 29
(2)土壤pH值:玻璃電極法(McLean, 1982) 29
(3)土壤可交換性鹽基陽離子、陽離子交換容量與鹽基飽和度 29
I.土壤可交換性鹽基陽離子:1 M 醋酸銨法 29
II.陽離子交換容量(Cation-exchange capacity, CEC) 29
III.鹽基飽和度 (Base saturation, BS) 30
(4)全碳、氮量分析 30
(5)以X射線繞射鑑定土壤黏土礦物鑑定 30
I黏粒樣品的純化與分離步驟 31
(I.)去除碳酸鹽和可溶性鹽類 31
(II.)移除土壤有機物 31
(III.)移除金屬氧化物 31
(IV.)黏粒樣本收集 32
II.黏土樣品的處理及鑑定 32
(I)鎂飽和定位片的製作 32
(II)鉀飽和定位片的製作 33
3-2-2.砷鉛鐵礬之鑑定 33
(1)粉末XRD礦物鑑定 33
(2)掃瞄式電子顯微鏡與X光能譜散佈分析儀 33
(3)同步輻射分析技術 34
3-2-3.重金屬全量分析與型態劃分 35
(1)重金屬全量分析 35
(2)重金屬型態劃分 36
3-2-4. 土壤處於還原條件下砷與鉛釋放實驗之研究 36
3-2-5.砷與鉛之移除實驗 37
(1)淋洗試驗 37
(2)浸提實驗 38
3-2-6.砷與鉛之吸附實驗 39
(1)砷酸氫二鈉與硝酸鉛母液之配置 39
(2)動力吸附實驗 39
(3)等溫吸附實驗(批次法) 42
(4)溫度效應實驗 44
(5)共存離子效應 44
(6)脫附實驗 45
(7)脫附動力學實驗 46
第四章、結果討論 48
第一節、土壤基本物理化學性質 48
第二節、黏土礦物分析 51
第三節、砷鉛鐵礬之鑑定 68
4-3-1.粉末XRD礦物鑑定 68
4-3-2.掃瞄式電子顯微鏡與X光能譜散佈分析儀之分析結果 73
4-3-3.同步輻射分析技術 75
(1)砷的電子組態 75
(2)鉛的電子組態 77
(3)鐵的電子組態 80
第四節、重金屬全量分析與型態劃分 82
4-4-1. 重金屬全量分析 82
4-4-2.連續萃取法 86
第五節、土壤處於還原條件下砷與鉛釋放實驗之研究 102
第六節、砷與鉛之移除實驗 102
4-6-1.淋洗試驗 102
4-6-2.浸提試驗 104
第七節、未污染土壤之吸附實驗 114
4-7-1.動力吸附實驗 114
4-7-2.等溫吸附實驗(批次法) 120
4-7-3.溫度效應實驗 126
4-7-4.共存離子實驗 130
4-7-5.脫附實驗 133
4-7-6.脫附動力學實驗 134
第五章、結論 135
第六章、參考文獻 137
 
圖目錄
圖2-3-1、砷物種在不同pH與Eh下的型態------------------------------------------- 9
圖2-3-2、砷物種在不同pH下的型態(a)五價砷與(b)三價砷----------------------- 11
圖3-1-1、土壤採樣地點簡圖-------------------------------------------------------------- 26
圖4-2-1、Pedon 1 之0-20 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 52
圖4-2-2、Pedon 1 之20-40 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 53
圖4-2-3、Pedon 1 之40-60 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 54
圖4-2-4、Pedon 1 之60-80 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 55
圖4-2-5、Pedon 1 之80-100 cm,黏粒的定位片XRD圖譜--------------------------- 56
圖4-2-6、Pedon 2 之0-20 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 57
圖4-2-7、Pedon 2 之20-40 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 58
圖4-2-8、Pedon 2 之40-60 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 59
圖4-2-9、Pedon 2 之60-80 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 60
圖4-2-10、Pedon 2 之80-100 cm,黏粒的定位片XRD圖譜------------------------- 61
圖4-2-11、Pedon 3 之0-20 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 62
圖4-2-12、Pedon 3 之20-40 cm,黏粒的定位片XRD圖譜--------------------------- 63
圖4-2-13、Pedon 3 之40-60 cm,黏粒的定位片XRD圖譜--------------------------- 64
圖4-2-14、Pedon 4 之0-20 cm,黏粒的定位片XRD圖譜---------------------------- 65
圖4-2-15、Pedon 4 之20-40 cm,黏粒的定位片XRD圖譜--------------------------- 66
圖4-2-16、Pedon 4 之40-60 cm,黏粒的定位片XRD圖譜--------------------------- 67
圖4-3-1、砷鉛鐵礬樣品XRD分析---------------------------------------------------- 68
圖4-3-2、Pedon 1未經DCB處理之土壤黏粒的粉末XRD圖譜------------------ 70
圖4-3-3、Pedon 2未經DCB處理之土壤黏粒的粉末XRD圖譜------------------ 71
圖4-3-4、Pedon 3與4 未經DCB處理之土壤黏粒的粉末XRD圖譜----------- 72
圖4-3-5、砷鉛鐵礬之天然樣本之八面體菱形構造----------------------------------- 73
圖4-3-6、掃瞄式電子顯微鏡與X光能譜散佈分析儀之分析結果(A) 掃瞄式電子顯微鏡與(B) X光能譜散佈分析儀之分析--------------------------- 74
圖4-3-7、砷的XANES圖譜(A)與價數和吸收邊緣的關係圖(B)------------------- 76
圖4-3-8、砷與氧原子構成之四面體----------------------------------------------------- 76
圖4-3-9、鉛的XANES圖譜(A)與價數和吸收邊緣的關係圖(B)------------------ 78
圖4-3-10、鉛與氧原子構成之二十面體結構------------------------------------------- 79
圖4-3-11、(A)鐵的XANES圖譜與(B)鐵與氧原子構成之八面體----------------- 80
圖4-4-1、重金屬濃度隨土壤深度之變化 (A)砷與(B)鉛----------------------------- 84
圖4-5-1、污染土壤在還原實驗中隨時間釋放出之砷離子-------------------------- 92
圖4-5-2、污染土壤在還原實驗中隨時間釋放出之鐵離子-------------------------- 93
圖4-5-3、污染土壤在還原實驗中Eh隨時間變化之趨勢----------------------------- 94
圖4-5-4、污染土壤在還原實驗中鐵的XANES圖譜-------------------------------- 96
圖4-5-5、污染土壤在還原實驗中砷的XANES圖譜-------------------------------- 96
圖4-5-6、污染土壤在還原實驗中所釋放砷離子之速率----------------------------- 98
圖4-5-7、污染土壤在還原實驗中所釋放鐵離子之速率----------------------------- 99
圖4-5-8、不同 D(+)-glucose添加量還原釋放實驗之砷的XANES圖譜--------- 100
圖4-5-9、不同 D(+)-glucose添加量之還原釋放之結果------------------------------ 101
圖4-6-1、砷洗出量與孔隙體積之關係----------------------------------------------- 103
圖4-7-1、不同層次未污染土壤對As(V)的動力吸附曲線---------------------------- 115
圖4-7-2、不同層次未污染土壤對Pb(II)的動力吸附曲線----------------------------- 116
圖4-7-3、不同層次未污染土壤對As(V)的等溫吸附曲線---------------------------- 121
圖4-7-4、不同層次未污染土壤對Pb(II)的等溫吸附曲線---------------------------- 123
圖4-7-5、不同層次未污染土壤對As(V)與Pb(II)的Langmuir等溫吸附圖------- 124
圖4-7-6、不同層次未污染土壤對As(V)與Pb(II)的Freudlich等溫吸附圖------- 127
圖4-7-7、不同溫度下(A)pedon 4之20-40 cm 土壤吸附As(V)與(B)pedon 3之40-60 cm土壤吸附Pb(II) ------------------------------------------------------ 129
圖4-7-8、As(V)與Pb(II)在四種溫度下之反應速率常數與溫度之相關性--------- 131
圖4-7-9、共存陰離子影響pedon 4之20-40 cm 土壤對As(V)吸附----------------- 132
圖4-7-10、共存陰離子影響pedon 3之40-60 cm土壤對Pb(II)吸附---------------- 132
圖4-7-11、利用不同脫附劑脫附As(V)或Pb(II) ---------------------------------------- 133
圖4-7-12、磷酸脫附As(V)之脫附動力學(A)與氯化鋇脫附Pb(II)之脫附動力學 (B) ---------------------------------------------------------------------------------- 134

 
表目錄
表2-3-1、砷酸鹽與亞砷酸鹽在水溶液中的解離常數-------------------------------- 10
表3-1-1、採樣地點之地理資訊----------------------------------------------------------- 27
表3-1-2、萃取劑之種類------------------------------------------------------------------- 38
表4-1-1、關渡地區受測土壤之物理化學性質----------------------------------------- 49
表4-1-2、1981-2010淡水地區平均氣候資訊------------------------------------- 50
表4-3-1、各元素的陰電性---------------------------------------------------------------- 79
表4-4-1、以王水萃取之土壤中的金屬含量---------------------------------------------- 83
表4-4-2、在污染土壤中的砷之型態分佈------------------------------------------------- 87
表4-4-3、在污染土壤中的鉛之型態分佈------------------------------------------------- 89
表4-4-4、砷與鉛的殘留態在不同深度莫爾比(As/Pb)-------------------------------- 90
表4-5-1、還原釋放實驗第128天之三價砷含量佔總釋放量之比例(%)---------- 95
表4-6-1、萃取劑移除砷鉛鐵礬樣本之砷與鉛之能力(%)--------------------------- 105
表4-6-2、萃取劑移除污染土壤樣本之砷的能力(%)---------------------------------- 107
表4-6-3、Pedon 1之萃取量百分比與砷型態累積百分比之相關係數------------ 108
表4-6-4、以pKa1劃分陰離子與氧化物之親和力之關係---------------------------- 109
表4-6-5、萃取劑移除污染土壤樣本之鉛的能力(%)--------------------------------- 110
表4-6-6、經酸鹼萃取劑處理過後之土壤之全碳量(%)------------------------------ 111
表4-6-7、萃取量百分比與鉛型態累積百分比之相關係數-------------------------- 113
表4-7-1、未污染土壤吸附As(V)之動力吸附方程式的決定係數----------------- 117
表4-7-2、未污染土壤吸附Pb(II)之動力吸附方程式的決定係數----------------- 117
表4-7-3、未污染土壤吸附As(V)之實驗數據與擬合結果其迴歸分析之標準偏差與P-value---------------------------------------------------------------------- 119
表4-7-4、未污染土壤吸附Pb(II)之實驗數據與擬合結果其迴歸分析之標準偏差與P-value---------------------------------------------------------------------- 119
表4-7-5、未污染土壤吸附As(V)與Pb(II)之實驗數據Elovich方程式分析之係數------------------------------------------------------------------------------------ 120
表4-7-6、砷等溫吸附方程式的參數----------------------------------------------------- 125
表4-7-7、鉛等溫吸附方程式的參數----------------------------------------------------- 125
表4-7-8、不同溫度下未污染土壤吸附As(V)與Pb(II)以Elovich方程式擬合之決定係數--------------------------------------------------------------------------- 127
表4-7-9、As(V)與Pb(II)吸附於未污染土壤上所需之活化能(Ea)與碰撞頻率(A) 129
dc.language.isozh-TW
dc.subject鉛zh_TW
dc.subject重金屬移除zh_TW
dc.subject重金屬型態zh_TW
dc.subject砷鉛鐵礬zh_TW
dc.subject砷zh_TW
dc.subjectLeaden
dc.subjectArsenicen
dc.subjectBeudantiteen
dc.subjectHeavy metal removeen
dc.subjectHeavy metal fractionen
dc.title台灣關渡平原土壤重金屬(砷與鉛)劃分、移除與吸附之研究zh_TW
dc.titleFraction, removal and adsorption of arsenic and lead study in soil of the Guandu Plain, Taipeien
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear99-2
dc.description.degree博士
dc.contributor.oralexamcommittee鄒裕民,林國銓,賴朝明,王亞男,劉振宇,劉鎮宗,張大偉
dc.subject.keyword砷,鉛,砷鉛鐵礬,重金屬型態,重金屬移除,zh_TW
dc.subject.keywordArsenic,Lead,Beudantite,Heavy metal fraction,Heavy metal remove,en
dc.relation.page162
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2011-07-22
dc.contributor.author-college生物資源暨農學院zh_TW
dc.contributor.author-dept農業化學研究所zh_TW
顯示於系所單位:農業化學系

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