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咸淡水混合环境中珊瑚砂吸附无机氮的机理及其预测研究

赵志伟,  陈海强,  严紫嫣,  龚星,  李莉

赵志伟, 陈海强, 严紫嫣, 龚星, 李莉. 咸淡水混合环境中珊瑚砂吸附无机氮的机理及其预测研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202605059
引用本文: 赵志伟, 陈海强, 严紫嫣, 龚星, 李莉. 咸淡水混合环境中珊瑚砂吸附无机氮的机理及其预测研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202605059

咸淡水混合环境中珊瑚砂吸附无机氮的机理及其预测研究

doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202605059
  • 摘要: 淡水透镜体是人工岛礁的重要天然淡水资源,地表氮素入渗是透镜体的主要污染物之一。珊瑚砂对氮素的固持过程直接关乎岛礁地下水环境安全与稳定,但岛礁地下咸水环境的珊瑚砂固氮机制研究亟待深入。本研究基于南海某人工岛礁地下水环境调查结果,采集岛内珊瑚砂开展咸、淡水条件下的静态吸附试验,系统分析珊瑚砂吸附铵(-N)/硝态氮(-N)动力学过程与热力学机理,并通过机器学习技术预测其在不同水环境中的无机氮吸附量。研究结果表明:咸、淡水中珊瑚砂对-N/-N的吸附过程均符合准一级动力学方程和Langmuir吸附模型,-N吸附为非自发、放热且熵减过程,-N则为非自发、吸热且熵增过程;在氮素初始浓度为100mg/L时,珊瑚砂对-N吸附量从淡水环境下的0.242 mg/g降至咸水环境下的0.120 mg/g,对-N的吸附量从淡水环境下的0.140 mg/g降至咸水环境下的0.057 mg/g,降幅均超50%,其原因是咸水中的Na⁺、Cl⁻竞争作用会抑制氮吸附行为;珊瑚砂吸附氮素后无新的物相产生,-N吸附依赖物理电性吸附与阳离子交换,-N吸附则涉及物理吸附及羟基、酰基官能团置换,二者的吸附量随反应时间增加而增加,随砂颗粒粒径与水体盐度增大而减小,pH升高对-N和-N吸附过程分别具有抑制和促进作用,温度则相反;贝叶斯优化随机森林(RF)能较好的预测珊瑚砂对无机氮的吸附量(R2达0.97),投加氮浓度与水溶液盐度为关键输入因子。本研究成果将为我国人工岛礁珊瑚砂固氮能力评估和淡水透镜体开发保护提供理论支撑。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2026-05-27
  • 录用日期:  2026-07-06
  • 修回日期:  2026-06-23
  • 网络出版日期:  2026-10-20

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     《地质科技通报》编辑部