Nghiên cứu ảnh hưởng của axit silicic đến sự phân tán cấp hạt sét trong đất có thành phần giàu kaolinit và sắt

Header Page of 166 I HC QUC GIA H NI TRNG I HC KHOA HC T NHIấN - m Th Ngc Thõn NGHIấN CU NH HNG CA AXIT SILICIC N S PHN TN CP HT SẫT TRONG T Cể THNH PHN GIU KAOLINIT V ST LUN VN THC S H Ni 2016 Footer Page of 166 Header Page of 166 I HC QUC GIA H NI TRNG I HC KHOA HC T NHIấN - m Th Ngc Thõn NGHIấN CU NH HNG CA AXIT SILICIC N S PHN TN CP HT SẫT TRONG T Cể THNH PHN GIU KAOLINIT V ST Chuyờn ngnh: Khoa hc Mụi trng Mó s : 60 44 03 01 LUN VN THC S NGI HNG DN KHOA HC: PGS.TS Nguyn Ngc Minh H Ni 2016 Footer Page of 166 Header Page of 166 LI CM N Trong quỏ trỡnh nghiờn cu, tụi ó nhn c s quan tõm giỳp nhit tỡnh v s úng gúp quý bỏu ca nhiu th v cỏ nhõn, to iu kin thun li cho tụi hon thnh bn lun ny Li u tiờn, tụi xin chõn thnh cm n cỏc thy cụ thuc B mụn Th nhng v Mụi trng t, Khoa Mụi trng, Trng i hc Khoa hc T nhiờn, i hc Quc gia H Ni ó to mi iu kin thun li tụi cú th hc v lm vic sut thi gian nghiờn cu c bit, vi lũng bit n v s kớnh trng sõu sc, tụi xin gi li cm n chõn thnh ti PGS.TS Nguyn Ngc Minh - B mụn Th nhng v Mụi trng t, Khoa Mụi trng, Trng i hc Khoa hc T nhiờn ó trc tip hng dn, tn tỡnh giỳp tụi sut quỏ trỡnh thc hin lun Cm n thy ó rt tõm huyt ch dn v gúp ý tụi hon thnh lun ny Tụi xin gi li cm n ti gia ỡnh, bn bố luụn quan tõm ng viờn, ng h v giỳp v mt ti chớnh v tinh thn, theo sỏt tụi sut quỏ trỡnh hon thin lun Tụi xin cỏm n s h tr kinh phớ thc hin t ti Nafosted (mó s: 105.08 2015.01) Xin chõn thnh cm n! H Ni, ngy 30 thỏng 11 nm 2016 Hc viờn m Th Ngc Thõn iii Footer Page of 166 Header Page of 166 MC LC LI M U .1 Chng TNG QUAN TI LIU 1.1 Silic t 1.1.1 Cỏc bn Si t 1.1.2 Vai trũ ca Si i vi thc vt v mụi trng t .10 1.2 c tớnh keo ca khoỏng vt sột, cỏc yu t nh hng ti s phõn tỏn ca khoỏng sột t 13 1.2.1 Khoỏng sột t v s hỡnh thnh kaolinit t nhit i .13 1.2.2 c im húa hc b mt ca khoỏng sột 15 1.2.3 c tớnh keo ca khoỏng sột 16 1.2.4 Cỏc yu t nh hng ti c tớnh keo v tớnh bn vng ca h keo .17 1.2.5 Vai trũ ca khoỏng sột kaolinit t vi phỡ ca t nhit i 19 1.3 Dũng Silic v mi quan h vi c tớnh keo .20 Chng I TNG V PHNG PHP NGHIấN CU 23 2.1 i tng nghiờn cu 23 2.1.1 Mu t nghiờn cu 23 2.1.2 Dung dch axit silicic 24 2.2 Phng phỏp nghiờn cu .25 2.2.1 Xỏc nh cỏc c tớnh c bn ca mu t nghiờn cu 25 2.2.2 Xỏc nh cỏc c tớnh c bn ca mu sột nghiờn cu 26 2.2.3 Xỏc nh cỏc dng tn ti Si t 26 2.2.4 Thớ nghim tỏn x ỏnh sỏng v phõn tỏn trờn ng nghim .27 2.2.5 Xỏc nh kh nng bin thiờn th in ng ca cp ht sột t Phỳ H, Phỳ Th 29 iv Footer Page of 166 Header Page of 166 2.2.6 Xỏc inh kh nng hp ph axit silicic ca cp ht sột mu t nghiờn cu 30 Chng KT QU NGHIấN CU V THO LUN 32 3.1 Cỏc tớnh cht c bn ca mu t nghiờn cu .32 3.2 nh hng ca axit silicic ti kh nng phõn tỏn ca cp ht sột t giu kaolinit v st 35 3.3 nh hng ca axit silicic ti bin thiờn th in ng ca cp ht sột .40 3.4 S hp ph ca axit silicic lờn cp ht sột t giu kaolinit v st .41 3.5 C ch tỏc ng ca axit silicic ti c tớnh keo ca cp ht sột t nghiờn cu .42 KT LUN .47 TI LIU THAM KHO 48 PH LC 51 v Footer Page of 166 Header Page of 166 CH CI VIT TT ASi Silic vụ nh hỡnh BSi Silic sinh hc CEC Dung tớch trao i cation CHC Cht hu c DCB Dithionit Citrat Bicarbonat DSi Silic hũa tan iep im ng in (isoelectronic point) PhytOC Cacbon hu c cu trỳc phytolith T% truyn qua (Transmission (%)) Th in ng zeta (Zeta potential) vi Footer Page of 166 Header Page of 166 DANH MC HèNH, BNG Hỡnh 1.1 Bn Si t v quỏ trỡnh bin i (khụng tớnh xúi mũn, lng) Hỡnh 1.2 Cỏc dng silic pha rn ca t Hỡnh 1.3 Cỏc bn Si sinh hc t .8 Hỡnh 1.4 S thay i in tớch trờn phn rỡa ca khoỏng sột 15 Hỡnh 1.5 Vũng tun hon sinh a húa Si ton cu 22 Hỡnh 2.1 V trớ ly mu nghiờn cu 23 Hỡnh 2.2 S cu to v c ch hot ng ca mỏy PCD Mỹtek 05 29 Hỡnh 3.1 Nhiu x X-ray ca cp ht sột mu t nghiờn cu vi cỏc quy trỡnh x lý khỏc 34 Hỡnh 3.2 (a) Ph hp th hng ngoi FTIR v (b) nh chp trờn kớnh hin vi in t quột (SEM) ca cp ht sột t nghiờn cu .34 Hỡnh 3.3 Kh nng phõn tỏn ca cp ht sột di nh hng ca cỏc nng axit silicic khỏc pH 3,0 (Bng - Ph lc 1) .36 Hỡnh 3.4 Kh nng phõn tỏn ca cp ht sột di nh hng ca cỏc nng axit silicic khỏc pH 3,5 (Bng - Ph lc 1) .36 Hỡnh 3.6 Kh nng phõn tỏn ca cp ht sột di nh hng ca cỏc nng axit silicic khỏc pH 5,0 (S liu c th Bng Ph lc 1) 38 Hỡnh 3.7 S phõn tỏn ca cp ht sột di nh hng ca cỏc nng axit silicic khỏc pH 3,5 sau cỏc khong thi gian 39 Hỡnh 3.8 Bin thiờn th ca (a) cp ht sột t nghiờn cu v (b) cp ht sột ó loi b Fe 41 Hỡnh 3.9 Thớ nghim hp ph ca axit silicic lờn b mt cp ht sột t nghiờn cu 42 Hỡnh 3.10 C ch nh hng ca axit silicic ti c tớnh keo ca kaolinit v cỏc oxit st huyn phự 43 Hỡnh 3.11 nh hng ca pH ti kh nng phõn tỏn ca cp ht sột vi cỏc mc nn nng axit silicic khỏc (0, v 25 mg L-1) .44 Bng 3.1 Mt vi c tớnh lý húa c bn ca mu t v cp ht sột nghiờn cu33 vii Footer Page of 166 Header Page of 166 LI M U Ra trụi khoỏng sột l mt nghiờm trng xy ph bin khu vc i nỳi cao v cỏc khu t trng khụng cú s che ph ca thm thc vt Hin tng ny cú liờn quan mt thit ti c tớnh keo ca cp ht sột t cng nh tớnh linh ng ca ht t v mc bn vng ca cu trỳc t Bờn cnh cỏc yu t thng c quan tõm nh s thay i pH, nng cỏc cation, anion hũa tan dung dch t, tng tỏc ca cỏc khoỏng vt t vi hp cht khụng mang in nh axit silicic, mc dự rt ph bin t v cú th cú nhng nh hng nht nh ti c tớnh ca ht keo t, cũn cha c chỳ ý Silic (Si) l nguyờn t giu th hai sau oxy lp v trờn ca trỏi t (~28%) v cú mt hu ht cỏc loi ỏ m cng nh cỏc khoỏng vt th sinh t [58] S tn ti ca Si thng gn lin vi oxy to thnh oxit silic c tớnh oxit silic cú th chim ti 66,6% lp v lc a ca trỏi t Si hũa tan dung dch t cú ngun gc ch yu t s hũa tan ca cỏc khoỏng vt nguyờn sinh v th sinh [32] Nng Si dung dch t ca cỏc loi t khỏc l khỏc v cú th lờn ti mM [34] Trong t, Si tn ti ch yu di dng axit mono silicic H4SiO40 v cú th b hp ph bi cỏc oxit st, nhụm cng nh cỏc loi khoỏng sột ca t Hng nm, trờn th gii, khong Tmol Si hũa tan (1 Tmol = 1012 mol) t t lin c a bin thụng qua cỏc h thng sụng [27] Nh vy, nu Si cú bt kỡ tng tỏc no vi khoỏng vt sột thỡ õy khụng ch l yu t nh hng ti s linh ng ca sột m cũn tỏc ng ti vũng tun hon Si Trong iu kin ca t nhit i, kaolinit l khoỏng vt chớnh chim u th thnh phn khoỏng vt cựng vi s tớch t tng i st, nhụm l nhng yu t nh hng quyt nh ti c tớnh keo ca t Kaolinit l khoỏng vt cú cu trỳc 1:1, b mt nn mang in õm vnh cu, b mt rỡa ca khoỏng sột ny mang in tớch bin thiờn theo cỏc giỏ tr pH dung dch t Trong t cú tớnh axit, mt rỡa ca kaolinit mang in dng, thỳc y quỏ trỡnh hỡnh thnh liờn kt b Footer Page of 166 Header Page of 166 mt rỡa - b mt nn - cu trỳc card-house v dn ti hin tng keo t Axit silicic trng hp ny nhiu kh nng s b hp ph lờn b mt rỡa ca kaolinit v lp v oxit st ca khoỏng vt, lm giỏn on quỏ trỡnh hỡnh thnh cu trỳc cardhouse v thỳc y s phõn tỏn ca cỏc keo sột dung dch t Tuy nhiờn, nh hng ca s hp ph axit silicic ti kh nng phõn tỏn ca khoỏng vt sột t, c bit l t giu kaolinit v st, cũn cha c nghiờn cu mt cỏch chi tit Vi nhng lý k trờn, ti lun thc s khoa hc vi tờn gi Nghiờn cu nh hng ca axit silicic n s phõn tỏn cp ht sột t cú thnh phn giu kaolinit v st ó c tin hnh vi mc tiờu t nh sau: - Tỡm hiu tng tỏc v s hp ph ca axit silicic ca lờn khoỏng vt sột t cú thnh phn giu kaolinit v st - Cung cp cỏc thụng tin c bn v nh hng ca axit silicic ti c tớnh keo ca cp ht sột t giu kaolinit v st Ni dung nghiờn cu ca ti bao gm: - Xỏc nh c tớnh keo ca cp ht sột t giu kaolinit v st di nh hng ca axit silicic v yu t pH - Xỏc nh bin thiờn th in ng ca cp ht sột mu t nghiờn cu di nh hng ca s thay i nng axit silicic - Xỏc nh kh nng hp ph axit silicic ca cp ht sột mu t nghiờn cu - xut c ch tỏc ng ca axit silicic ti kh nng keo t ca khoỏng sột t giu kaolinit v st Footer Page of 166 Header Page 10 of 166 Chng TNG QUAN TI LIU 1.1 Silic t 1.1.1 Cỏc bn Si t Si l nguyờn t ph bin th hai lp v trỏi t vi hm lng khong 28,8% [58] L nguyờn t cú mt hu ht cỏc loi ỏ m, ú, Si tr thnh mt nhng nguyờn t c bn cú mt phn ln cỏc loi t Hm lng Si t rt khỏc i vi cỏc loi t khỏc ph thuc vo bn cht ca ỏ m v cỏc quỏ trỡnh chuyn húa din t Mc dự Si l mt nguyờn t cú t trng ln, quan trng t, nhiờn nguyờn t ny cũn ớt nhn c s quan tõm ca cỏc nh khoa hc Hỡnh 1.1 Bn Si t v quỏ trỡnh bin i (khụng tớnh xúi mũn, lng) [54] Trờn t lin, s tng tỏc gia cỏc quỏ trỡnh húa hc v sinh hc din ch yu t Cỏc quỏ trỡnh dch chuyn theo phng thng ng, theo phng ngang v quỏ trỡnh lm linh ng cỏc nguyờn t t theo nhiu phm vi khỏc dn ti s tớch ly Si cỏc bn Si khỏc t Theo ngun gc, cỏc bn Si t cú th chia thnh loi: bn Si cú ngun gc t khoỏng vt t v bn Si sinh hc (Hỡnh 1.1) Footer Page 10 of 166 Header Page 20 of 166 kt lun rng phytolith cú kh nng hp ph kộp i vi cation kim loi v anion hu c thụng qua hai c ch l hp ph hỡnh thỏi v hp ph ion Nh vy, s cú mt ca phytolith t lỳa l thnh phn quan trng vic ngn cn s di chuyn xung cỏc tng sõu hn ca kim loi nng 1.2 c tớnh keo ca khoỏng vt sột, cỏc yu t nh hng ti s phõn tỏn ca khoỏng sột t 1.2.1 Khoỏng sột t v s hỡnh thnh kaolinit t nhit i 1.2.1.1 Khoỏng sột t Khoỏng sột t l hp phn vụ c cú kớch thc rt nh (< àm), l sn phm c to t quỏ trỡnh phong húa cỏc khoỏng vt nguyờn sinh nh feldspar, mica, pyroxen hoc amphibol Cỏc ion gii phúng t quỏ trỡnh phong húa i vo dung dch t, i ti cỏc phn khỏc ca phu din t v kt ta to thnh cỏc ht keo nh smectit, gibbsit, kaolinit hoc cỏc oxit st Quỏ trỡnh phong húa ỏ (ngoi tr cỏc ỏ trm tớch) thng to mt hai loi khoỏng sột l kaolinit v smectit Nhng loi khoỏng sột ny bn trc s phõn hy nhit húa ca nc b mt Quỏ trỡnh phõn hy húa hc nc b chi phi bi s tng tỏc gia cỏc yu t nh lng ma, kh nng thoỏt nc v tc hũa tan ỏ m Cỏc loi khoỏng sột thng c cu to t cỏc ht nhõn Si v Al liờn kt vi qua cu ni oxy v hydroxyl to thnh cu trỳc lp Cỏc loi khoỏng vi hỡnh thỏi khỏc thng i cựng vi khoỏng sột bao gm cỏc oxit, quartz, zeolit hay mt phn nh cỏc khoỏng sột khỏc mụi trng a cht Trờn trỏi t, s phõn b ca khoỏng sột ph thuc vo nhng iu kin khớ hu chim u th bi chỳng quyt nh cng phong húa khớ hu vựng cc (lnh), illit v clorit chim u th, khớ hu ụn i thỡ nhng khoỏng sột ch yu c hỡnh thnh li l vermiculite v khoỏng sột cú cu trỳc hn hp vựng nhit i v khớ hu a Trung Hi, vi s tng phn rừ rt, smectit l khoỏng sột chim u th vựng nhit i m v xớch o, kaolinit chim u th 13 Footer Page 20 of 166 Header Page 21 of 166 thnh phn khoỏng vt ca t Quy lut a i nhỡn chung tỏc ng ti s hỡnh thnh ca cỏc loi khoỏng sột Tuy nhiờn, mt s quy lut t nhiờn khỏc (quy lut phi a i) cng cú th nh hng n quỏ trỡnh thnh to v bin i ca khoỏng sột 1.2.1.2 S hỡnh thnh kaolinit t nhit i Kaolinit l khoỏng sột chim u th cỏc loi t vựng nhit i núng m, c trng cho nhúm t vng nhit i Vit Nam õy l loi t chim mt din tớch ln vựng i nỳi nc ta, phõn b rng rói t vựng i nỳi phớa Bc n tn vựng cao nguyờn Tõy Nguyờn, c hỡnh thnh trờn cỏc loi ỏ m khỏc song u chu nh hng ca quỏ trỡnh feralit húa mnh (ra trụi cation kim, kim th cựng vi axit silicic v tớch ly tng i st nhụm) a hỡnh dc cao v khớ hu nhit i núng m chi phi Kaolinit õy cú th hỡnh thnh trc tip t cỏc silicat hoc l aluminosilicat ca ỏ m b phỏ hy mnh S hỡnh thnh khoỏng kaolinit t plagioclaz (feldspar Ca) c trỡnh by nh sau [5]: Gibxit cht vụ nh hỡnh Kaolinit Plagioclaz Cht vụ nh hỡnh Kaolinit iu kin hỡnh thnh kaolinit bng ng ny khụng ch c quyt nh bi sn phm phong húa ca ỏ m m cũn bi cỏc iu kin nh m cao, mụi trng chua liờn tc Chớnh vỡ vy t nõu trờn ỏ Bazan d phong húa song li cú quỏ trỡnh feralit mnh nờn kaolinit chim u th tuyt i Kaolinit cũn c hỡnh thnh t khoỏng 2:1 nh illit, vermiculit, montmorillonit, mụi trng b chua húa hoc mt kali mt s vựng nhit i cú s trụi mnh cation v nht l axit silicic, mụi trng t chua mnh thỡ kaolinit cng s khụng bn vng lp axit silicic 14 Footer Page 21 of 166 Header Page 22 of 166 cui cựng ca tinh th khoỏng b phỏ hy hỡnh thnh nờn gibxit hoc hydragilit [Al(OH)3] Nh vy, ng hỡnh thnh khoỏng vt sột v chuyn húa khoỏng sột ca phn ln t ferralit nc ta theo ỳng quy lut sau: Khoỏng 2:1 lp khoỏng 1:1 lp khoỏng oxit t (Fe2O3; Al2O3) [5] 1.2.2 c im húa hc b mt ca khoỏng sột Cu trỳc nguyờn t ti cỏc b mt ngoi ca cỏc silicat phõn lp bao gm ba kiu chớnh B mt nn (basal surface) l mt ngoi ca bỏt din v t din B mt nn ca bỏt din cha cỏc hydroxyl liờn kt cht ch vi Ngc vi b mt nn l mt phi ca t din cha cỏc nguyờn t oxy liờn kt vi to thnh cỏc vũng siloxan sỏu cnh B mt rỡa ca khoỏng sột hỡnh thnh nhng v trớ t góy cỏc v trớ ny, thnh phn húa hc v liờn kt cu trỳc khụng th c trỡ nu khụng cú cỏc ion hay nguyờn t b sung Cỏc liờn kt b b góy ti b mt bờn thng c lp y bi cỏc ion H+ hoc OH- v cỏc ion cú kh nng quyt nh n s thay i cõn bng in tớch ca b mt bờn Nh kh nng cho - nhn proton m b mt rỡa lm cho khoỏng sột mang tớnh cht ca mt keo lng tớnh iu ny gúp phn quan trng i vi cỏc phn ng hp ph trao i cation v anion ca t [1] Hỡnh 1.4 S thay i in tớch trờn phn rỡa ca khoỏng sột Giỏ tr v mt in tớch b mt (in tớch b mt) cú th c xỏc nh giỏn tip nh cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn b tr da trờn cụng thc cu to ca cỏc khoỏng vt hay nh cỏc giỏ tr thc nghim v dung tớch hp ph anion v cation 15 Footer Page 22 of 166 Header Page 23 of 166 (AEC v CEC) ca cỏc khoỏng vt Bờn cnh ú, ngi ta cng cú th xỏc nh trc tip in tớch b mt ca pha rn da trờn lý luyt lp in kộp v s bin i ca th in ng zeta () i vi khoỏng sột kaolinit, cú mt b mt siloxan v mt b mt hydroxyl hu nh khụng cú s thay th ng hỡnh, ú theo lý thuyt s khụng cú in tớch õm trờn b mt siloxan v hydroxyl Tuy nhiờn, qua thc nghim ngi ta xỏc nh c li in tớch õm ca kaolinit, mc dự rt hn ch c im ny lm cho dung tớch trao i cation (CEC) ca kaolinit rt thp, cú th cha n cmolc Kg-1 Kaolinit t c hỡnh thnh t nhng ht nh hn v cú hot tớnh b mt ln hn so vi khoỏng m 1.2.3 c tớnh keo ca khoỏng sột Khoỏng sột c bit n nh l mt nhng thnh phn linh ng ca t Khoỏng sột tn ti nc s hỡnh thnh mt h keo, cú th l h tỏn keo (phõn tỏn) hay h t keo (keo t) Trong h tỏn keo, cỏc ht sột tn ti trng thỏi phõn tỏn v di chuyn nh lc Brownian to bi s y gia cỏc ht sột tớch in cựng du, to trng thỏi bn vng nhit ng cho dung dch thỡ h t keo khụng bn vng v mt nhit ng v cú xu hng to cỏc on lp liờn kt ln hn thụng qua quỏ trỡnh tỏi liờn kt cỏc ht gim sc cng b mt Quỏ trỡnh ny c gi l s gi húa Ti mt thi im xỏc nh ca quỏ trỡnh gi húa, cỏc ht sột tng tỏc vi hay tng tỏc vi cỏc cht hũa tan cho nng lng b mt Gibbs c gim thiu nh s liờn kt gia cỏc ht sột hỡnh thnh cỏc on lp cú kớch thc ln hn Nhng liờn kt ny dn n s keo t hay on lp húa Tuy nhiờn, cỏc h ny tn ti mt gii hn nng lng gia cỏc ht sột m cú th gõy cn tr i vi quỏ trỡnh t keo Do ú, cỏc h ny cú th trỡ s n nh o khong thi gian nht nh v trng thỏi ny c gi l bn vng keo Cỏc loi khoỏng sột khỏc cú th khỏc v cu trỳc lp, kớch thc cp ht, kh nng hydrat húa S khỏc bit ny lm cho c tớnh keo (keo tỏn v 16 Footer Page 23 of 166 Header Page 24 of 166 keo t) ca chỳng cng khỏc Khoỏng sột ch yu t nghiờn cu l kaolinit, õy l khoỏng sột cú kh nng hydrat húa hn ch, kớch thc cp ht tng i thụ, b mt ớt õm in v ú thng ớt phõn tỏn Do cú mt s v trớ trờn b mt (ch yu l b mt rỡa) mang in tớch bin thiờn theo pH nờn cỏc pH khỏc phn ng t keo hay tỏn keo ca khoỏng sột ny cng rt khỏc bit im ng in ca kaolinit thng dao ng khong pH - 5,5 B mt kaolinit mang in tớch dng pH nh hn giỏ tr ng in v mang in tớch õm pH ln hn giỏ tr ng in Trong iu kin t chua (pH< 5,5) phn ng nhn proton s lm cho b mt rỡa ca cỏc tinh th kaolinit mang in tớch dng Liờn kt tnh in trỏi du gia b mt nn (-) v b mt rỡa (+) ca cỏc tinh th lin k cú th hỡnh thnh v to nờn mt cu trỳc c gi l card-house [57] Cu trỳc ny lm cho liờn kt gia cỏc tinh th khoỏng cht ch hn S hin din ca cỏc oxit st cỏc t cú mc phong húa mnh cha ch yu cỏc khoỏng vt 1:1 cú th l mt yu t quan trng thỳc y s keo t ca khoỏng sột vic to thờm nhiu v trớ mang in tớch dng v cỏc cu ni gia khoỏng sột v oxit st [29] 1.2.4 Cỏc yu t nh hng ti c tớnh keo v tớnh bn vng ca h keo Li in tớch õm ca khoỏng sột hỡnh thnh lp in tớch kộp xung quanh cỏc ht sột Lp in kộp ny cú vai trũ quyt nh n s phõn tỏn hay keo t ca sột Trong mụi trng nc, cỏc ht sột tip cn vi cỏc ht khỏc dung dch nh chuyn ng Brownian, lp khuch tỏn ca chỳng s b chng xp lờn v lm tng nng lng Gibbs ca h iu ny to lc y gia cỏc ht sột v thỳc y s phõn tỏn ca cỏc ht sột S phõn tỏn ca cỏc ht sột s b tỏc ng mt lp in kộp thay i S thay i lp in kộp cú th pH, cỏc anion hoc cation hũa tan 1.2.4.1 nh hng ca cỏc cation Cỏc cation cú kh nng tỏc ng n s phõn tỏn ca sột thụng qua c ch trung hũa in tớch b mt v lm gim lp in kộp ca cỏc ht sột S hp ph cỏc 17 Footer Page 24 of 166 Header Page 25 of 166 cation lm cho b mt khoỏng sột tr nờn ớt õm in hn, hoc thm mang n dng (trong trng hp ca cation Al3+) S hp ph cỏc cation lờn khoỏng sột ph thuc ch yu vo húa tr ca chỳng Cỏc cation cú húa tr ln hn s cú kh nng bóo hũa tt hn cỏc v trớ mang in tớch õm trờn b mt khoỏng sột, ú s cú mt ca cỏc cation ny dung dch thng s lm cho sột b keo t nhanh hn [44] 1.2.4.2 nh hng ca pH pH cú nh hng n s phõn tỏn ca cp ht sột dung dch õy l mt nhng yu t quan trng chi phi in tớch b mt ca khoỏng sột Trong dung dch tn ti mt lc y lm cn tr cỏc ht sột gn kt li vi dn n s t keo Lc y ny chu nh hng ca hai yu t: in tớch õm vnh cu - phõn b trờn b mt nn s thay th ng hỡnh ca Si4+ v Al3+ cu trỳc v in tớch bin thiờn ph thuc vo phn ng cho/nhn proton v hp ph cation/anion ca cỏc nhúm chc SiOH v >AlOH phõn b trờn mt rỡa ca ht sột [57] Trong mụi trng pH > pH ca im chuyn in (iep), cỏc v trớ mang in tớch bin thiờn trờn b mt rỡa s chuyn sang tớch in õm iu ny to s õm in ton phn trờn b mt h keo sột v to ng lc thỳc y s tỏn keo ca cỏc ht sột Trong mụi trng pH < pH ca im chuyn in, cỏc v trớ mang in tớch bin thiờn trờn phn rỡa ca cỏc ht sột s chuyn sang in tớch dng Do ú, gia cỏc ht sột cú th hỡnh thnh liờn kt kiu b mt c s - b mt rỡa nh lc hỳt tnh in Nhng liờn kt ny to cỏc tinh th gi (cu trỳc card-house) cú kớch thc ln hn v thỳc y s t keo [7] 1.2.4.3 nh hng ca cỏc anion Cỏc anion c b sung vo t t nhiu ngun khỏc Ngun gc ca cỏc anion hu c t cú th bt ngun t s phõn hy cỏc cht hu c ca t, quỏ trỡnh chuyn húa v trao i ca mt s vi khun hoc nm (Mycorrhizal), hoc t s bi tit ca h r ca thc vt Cỏc anion vụ c nh NO3-, Cl- v SO42- cú th b sung vo t thụng qua quỏ trỡnh lng ng khớ quyn, ma axit Bờn cnh ú, 18 Footer Page 25 of 166 Header Page 26 of 166 cỏc hot ng ca ngi nh bún phõn, ti tiờu cng gúp phn lm gia tng hm lng cỏc anion t S cú mt ca cỏc anion thng b sung thờm in tớch õm v dn n s cng hng, m rng ca li in tớch õm sn cú trờn b mt khoỏng sột iu ny dn n s gia tng lc y gia cỏc phn t mang in tớch cựng du v thỳc y xu hng phõn tỏn ca khoỏng sột Cỏc anion hu c cú lng phõn t thp cú th liờn kt vi b mt khoỏng sột theo hai ng: hp ph lờn phn rỡa cú in tớch dng ca khoỏng sột; b gi khong khụng gian gia cỏc lp c s ca khoỏng sột C hai cỏch liờn kt ny u cú kh nng y mnh s phõn tỏn ca khoỏng sột Cỏc axit hu c cú u th hp ph vo cỏc v trớ mang in tớch dng trờn phn rỡa ca khoỏng sột tựy thuc theo mc mnh yu, cu to mch cacbon, lng phõn t S hp ph lờn phn rỡa ca tinh th khoỏng sột ca cỏc anion s cn tr s hỡnh thnh cu trỳc card-house mụi trng cú phn ng axit v thỳc y s tỏn keo Do ú cỏc anion no cú ỏi lc cng cao i vi cỏc v trớ mang in tớch dng trờn phn rỡa tinh th khoỏng sột s thỳc y s phõn tỏn cng mnh i vi t i nỳi cú phn ng chua, cỏc anion cú kh nng lm cho cỏc khoỏng sột tr lờn phõn tỏn d dng hn thụng qua tỏc ng trc tip vo cu trỳc card-house c hỡnh thnh bi cỏc ht sột t S cú mt ca anion dn n cnh tranh ti cỏc v trớ tớch in dng trờn b mt rỡa ca cỏc ht sột Kt qu l nhng anion ny to xu hng phỏ v liờn kt b mt c s - b mt rỡa gia cỏc ht sột v phỏ v cu trỳc card-house Nguyn Ngc Minh (2013) ó chng minh rng tỏc ng ca cỏc anion n s phõn tỏn ca cp ht sột gim dn theo th t: oxalate > xitrat > axetat > SO42- > Cl-, NO3- [45] 1.2.5 Vai trũ ca khoỏng sột kaolinit t vi phỡ ca t nhit i S chim u th ca khoỏng sột kaolinit cỏc loi t vng nhit i ó nh hng nhiu n tớnh cht v phỡ t Li in tớch õm ca kaolinit rt 19 Footer Page 26 of 166 Header Page 27 of 166 hn ch gn nh khụng cú s thay th ng hỡnh ca Al3+ cho Si4+ cu trỳc, dung tớch trao i cation ca khoỏng sột ny rt thp Do vy, cỏc loi t cú khoỏng sột ny chim u th thng cú kh nng trao i v hp ph cation kộm; phỡ ca t s gim nhanh nu hm lng mựn ca t b gim; pH t chua, hm lng kali thp (tr cỏc t phỏt trin trờn ỏ giu mica); hm lng photpho tng s mc khỏ hoc ỏ m hoc photpho b hp ph trc tip lờn b mt phin tinh th kaolinit hoc phn ln liờn kt húa hc vi gibsit bỏm ngoi kaolinit [5] Hin tng hp ph v gi cht photpho ca kaolinit dn ti hm lng photpho linh ng t kh thp v nh hng ti ch hp th photpho ca cõy trng Tuy nhiờn, s cú mt ca kaolinit t nhit i cng lm cho t cú nhng c tớnh tt nh: kt hp vi cỏc keo secquioxit to cỏc kt cu viờn bn nc, ti xp, thm thoỏt nc nhanh chúng v chng li c cỏc tỏc ng trụi xúi mũn ma vựng nhit i Kh nng hỳt m kộm ca kaolinit lm cho t cú kh nng gi m thp hn, nc tng t mt thng b bc hi vo khụ 1.3 Dũng Silic v mi quan h vi c tớnh keo Cỏc dũng Si h sinh thỏi trờn cn ó c nhiu nghiờn cu xem xột trờn cỏc phm vi v c khụng gian v thi gian khỏc õy, khuụn kh lun ny, dũng Si c xem xột khớa cnh chớnh: (1) cỏc dũng Si trao i t t vi bờn ngoi (i vo t theo dũng nc chy, ma, khớ quyn; mt i cỏc quỏ trỡnh th nhng v i vo cỏc lu vc) v (2) dũng Si i vo thc vt (ó c trỡnh by phn trờn) Ngoi tr cỏc khu vc thi tit khụ hn hoc bỏn khụ hn - ni m bi l mt ngun quan trng b sung Si vo t, dũng Si t khớ quyn i vo t thng rt nh Cỏc nghiờn cu vựng khớ hu m cho thy Si hng nm i vo t thụng qua nc ma dao ng t 0,1 n 20 mmol Si m-2, thụng thng giỏ tr ny nh hn mmol Si m-2 nm-1 [54] 20 Footer Page 27 of 166 Header Page 28 of 166 Ra trụi Si t t xy tt c cỏc vựng khớ hu trờn trỏi t ni cú s cú mt ca nc Trong cỏc t kộm phỏt trin vựng khớ hu cn cc, dũng Si t cú th cựng ln (50 - 120 mmol Si m-2 nm-1) vi cỏc t phong húa mnh khu vc nhit i (70 mmol Si m-2 nm-1) [54] Dũng Si t t lin i vo cỏc thy vc c quyt nh bi s kt hp ca hai yu t: (1) vai trũ úng gúp tng i ca cỏc b Si khỏc v (2) c im ca dũng nc chy DSi dung dch t cú th b tỏi kt tinh to thnh cỏc khoỏng vt th sinh (nh allophan hay imogolit) hoc kt ta to thnh ASi vụ c trờn b mt khoỏng vt Hp ph húa hc ca DSi lờn cỏc hp cht hu c, cacbonat, Al - hydroxit v cỏc oxit st ó c ghi nhn, mc dự nhng hiu bit v c ch lý húa kim soỏt lng DSi nc di t cũn hn ch Ngun Si di t t lin i i dng ch yu l t phong húa cỏc khoỏng vt cha Si Tc phong húa c quyt nh bi tng tỏc gia cỏc yu t lng ma, dũng chy trn, c im thch hc, nhit , a hỡnh v thm thc vt Thc vt v h vi sinh vt t cú nh hng n quỏ trỡnh phong húa khoỏng vt qua nhiu cỏch khỏc nhau: thụng qua vic to cỏc phi t to phc hu c, thay i giỏ tr pH, to cỏc axit hu c, CO2 v lm thay i cỏc c tớnh vt lý ca t (tng din tớch b mt, thi gian lu ca nc di hn) 21 Footer Page 28 of 166 Header Page 29 of 166 Hỡnh 1.5 Vũng tun hon sinh a húa Si ton cu [54] Vũng tun hon sinh a húa ca Si trờn ton cu c th hin trờn Hỡnh 1.5 Hng nm, sn lng phytolith c to trờn ton th gii c c tớnh vo khong 60 - 200 Tmol Si nm-1 Lng Si c gii phúng thụng qua quỏ trỡnh phong húa khoỏng vt silicat khong xp x 19 n 46 Tmol nm-1, ú, lng DSi c chuyn qua h thng sụng cỏc i dng t khong Tmol nm-1 Nh vy, nu Si cú bt kỡ tng tỏc no vi khoỏng vt sột thỡ õy khụng ch l yu t nh hng ti s linh ng ca cp ht sột m cũn tỏc ng ti vũng tun hon Si S hp ph axit silicic lờn cp ht sột ó c mụ t nghiờn cu ca Yariv v Cross (1979) nhiờn c ch ca quỏ trỡnh ny cũn cha c lm sỏng t [61] Mt khỏc, cỏc oxit st cú th hp ph axit silicic thụng qua c ch trao i phi t, ú nhúm hydroxyl ca cỏc oxit st b thay th [28, 31] Nh vy, s hp ph axit silicic lờn hn hp oxit st v khoỏng sột cú kh nng tỏc ng ti quỏ trỡnh keo lng v thỳc y tỏn keo Do ú, nghiờn cu v nh hng ca axit silicic ti kh nng phõn tỏn ca cp ht sột t giu kaolinit v st cú th ch mt ng tim nng gõy mt sột t 22 Footer Page 29 of 166 Header Page 30 of 166 TI LIU THAM KHO Ting Vit Nguyn Ngc Minh, o Chõu Thu (2012), Khoỏng sột t v ng dng lnh vc mụi trng, NXB Giỏo dc Nguyn Ngc Minh, Phm Th Dinh, Lý Th Hng, Nguyn Th Thu Hng, Lờ Th Liờn, o Th Khỏnh Ly, Phm Vn Quang, Nguyn Th Thỳy (2011), Nghiờn cu s c tớnh ca phytolith (cõy húa thch) tỏch t rm r, Nụng nghip v phỏt trin Nụng thụn, 19, 28 - 33 Nguyn Ngc Minh, Nguyn Phc Cm Liờn, Nguyn Xuõn Hng, Hong Th Thanh Hiu (2010), nh hng pH, cỏc cation v axit humic n kh nng phõn tỏn ca st bentonit C nh - Thanh Húa, Tp Khoa hc t, 34, 26 - 31 Nguyn Ngc Minh, V Th Mng Mn (2011), Thnh phn khoỏng sột v c tớnh keo ca cp ht sột t i nỳi khu vc Súc Sn - H Ni, Tp Khoa hc t o Chõu Thu (2003), Khoỏng sột v s liờn quan ca chỳng vi mt vi ch tiờu lý húa hc mt s loi t Vit Nam, Trng i hc Nụng nghip H Ni Ting Anh Alexandre, A., Meunier, J D., Colin, F., Koud, J M (1997), Plant impact on the biogeochemical cycle of silicon and related weathering processes, Geochim Cosmochim Ac., 61, pp 677-682 Allen B L and Hajek B F (1989), Mineral occurrence in soil environments, in: Minerals in soil environments, Soil Sci Soc Am J., Madison, pp 199-279 Barman A K., Varadachari C and Ghosh K (1992), Weathering of silicate minerals by organic acids I Nature of cation solubilisation, Geoderma, 53, pp 45-63 Bennet P C., Siegel D I., Hill B M and Glaser P H (1991), Fate of silicate minerals in a peat bog, Geology, 19, pp.328-331 10 Berthelsen, S (1997), Impact of Silicon on Sugarcane Productivity, Yield Decline Joint Venture Working Group Meeting, 10-12/9/1997, pp 36-40 11 Bobos, I., Duplay, J., Rocha, J., Gomes, C (2001), Kaolinite to halloysite-7 angstron transformation in the kaolin deposit of Sao Vicente de Pereira, Portugal, Clay Clay Miner., 49, pp 596-607 12 Casey, W.H., Westrich, H.R., Banfield, J.F., Ferruzzi, G., Arnold, G.W., 1993 Leaching and reconstruction at the surfaces of dissolving chain-silicate minerals, Nature 366, pp 253-256 13 Clarke, J (2003), The occurence and significance of biogenic opal in the regolith, Earth Sci Rev., 60, pp 175-194 48 Footer Page 30 of 166 Header Page 31 of 166 14 Cornerlis J T., Delvaux B., Georg R.B., Lucas Y., Ranger J and Opfergelt S (2011), Tracing the origin of dissovled silicon transferred from various soil-plant systems towards river: a review, Biogeosciences, 8, pp.89-112 15 Daniela S., Loredana S., Daniel J Conley (2006), Review of methodologies for extracting plant-available and amorphous Si from soils and aquatic sediments, Biogeochemistry, 80, pp 89-108 16 Datnoff, L E., Snyder, G H., Korndửrfer, G H (eds.) (2001), Silicon in agricultur Studies in Plant Science 8, Elsevier, Amsterdam 17 Dietzel M (2000), Dissolution of silicates and stability of polysilicic acid, Geochem Cosmochim Ac., 64, pp 3275-3281 18 Dietzel M (2002), Interaction of polysilicic and monomeric silicicic acid with mineral surfaces, in: Water-Rock Interaction, Kluwer Academic Publishers, pp 207-235 19 Dove P M (1995), Chemical weathering rate of silicate minerals, Mineralogy Society of America and the Geochemical Society, Rey Mineral Geochem., 31, pp.235-290 20 Drees L.R., Wilding L.P., Smeck N.E., Senkayi A.L (1989), Minerals in soil environments, Soil Science Society of America, Madison, pp 914-974 21 Epstein, E (1994), Silicon, Ann Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 50, pp 641664 22 Epstein, E., Bloom, A.J (2005), Mineral Nutrition of Plants: Principles and Perspectives, second ed Sinauer, Sunderland, MA 23 Fauteux, F., Chain, F., Belzile, F., Menzies, J.G., Belanger, R.R (2006), The protective role of silicon in the Arabidopsis-powdery mildew pathosystem, Proc Natl Acad Sci USA, 103, pp 17554-17559 24 Fox, R L., Silva, J A., Younge, O R., Plucknett, D L., Sherman, G D (1967), Soil and plant silicon response by sugarcane, Soil Sci Soc Amer J., 31, 775-779 25 Fraysse F., Pokrovsky O S., Schott J., Meunier J D (2006), Surface properties, solubility and dissolution kinetics of bamboo phytoliths, Geochem Cosmochim Ac., 70, pp 1939-1951 26 Fraysse F., Pokrovsky O S., Meunier J D (2010), Experimental study of terrestrial plant litter interaction with aqueous solutions, Geochem Cosmochim Ac., 74, pp 74-80 27 Frings, P., Clymans, W., Jeppesen, E., Lauridsen, T., Struyf, E., Conley, D (2014), Lack of steady-state in the global biogeochemical Si cycle: emerging evidence from lake Si sequestration, Biogeochemistry, 117, pp 255-277 28 Jordan, N., Marmier, N., Lomenech, C., Giffaut, E., Ehrhardt, J.-J (2007), Sorption of silicates on goethite, hematite, and magnetite: experiments and modelling, J Colloid Interface Sci., 312, pp 224-229 49 Footer Page 31 of 166 Header Page 32 of 166 29 Goldberg, S and Glaubig, R A (1987), Effect of saturating cation, pH, and aluminum and iron oxide on the flocculation of kaolinite and montmorillonite:, Clays & Clay Minerals, 35, pp 220-227 30 Ghareeb H, Bozsú Z, Ott GP, Repenning C, Stahl F, Wydra K (2011), Transcriptome of silicon-induced resistance against Ralstonia solanacearum in the silicon non-accumulator tomato implicates priming effect, Physiol Mol Plant Pathol, 75, pp 83-89 31 Hiemstra, T., Barnett, M.O., van Riemsdijk, W.H (2007), Interaction of silicic acid with goethite, J Colloid Interface Sci., 310, pp 8-17 32 Iler R K (1979), The Chemical of Silica, Wiley-Interscience, New York 33 Jackson, M.L., Lim, C.H., Zelazny, L.W (1986), Oxides, hydroxides, and aluminosilicates In: Klute, A (Ed.), Methods of Soil Analysis Part 2nd ed Agronomy 9, pp 101-150 34 Karathanasis A D (2002), Mineral equilibria in environment soil systems, in: Soil Mineralogy with environmental applications, Soil Science Society of Ameriaca, Madison, USA, pp.109-151 35 Kawano, M., Tomita, K (2001), Microbial biomineralization in weathered volcanic ash deposit and formation of biogenic minerals by experimental incubation, Am Mineral., 86, pp 400-410 36 Kingston, G., Benthelsen, S.Hurney, A P., Rudd, A., Noble, A D (2005), Impact of calcium silicate amendments on sugarcane yield and soil properties in Queensland, Australia 37 Lagaly, G (2006), Chapter colloid clay science In: Faùza Bergaya, B.K.G.T., Gerhard, L (Eds.), Developments in Clay Science, Elsevier, pp 141-245 38 Liang, Y., Sun, W., Zhu, Y.G., Christie, P (2007), Mechanisms of the siliconmediated alleviation of abiotic stresses in higher plants: a review, Environ Poll., 147, pp 422-428 39 Lỹtzow, M.V., Kửgel-Knabner, I., Ekschmitt, K., Matzner, E., Guggenberger, G., Marschner, B., Flessa, H (2006), Stabilization of organic matter in temperate soils: mechanisms and their relevance under different soil conditions - a review, Eur J Soil Sci., 57, pp 426-445 40 Ma JF (2004), Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses, Soil Sci Plant Nutr., 50, pp 11-18 41 Marschner, H (1995), Mineral nutrition of higher plants, 2nd ed., Academic Press, San Diego 42 McDaniel P A., Lowe D J., Arnalds O., Ping C L., Andisons, In Li Y and Sumner M E (eds.), Handbook of soil science, 2nd edn., CRC Press (Taylor and Francis), London, UK 43 McKeague J.A, Cline M.G (1963), Silica in soils, Adv Agron., 15, pp.339-396 50 Footer Page 32 of 166 Header Page 33 of 166 44 Nguyen, N.M., Dultz, S., Kasbohm, J., Le, D (2009), Clay dispersion and its relation to surface charge in a paddy soil of the Red River Delta, Vietnam, J Plant Nutr Soil Sci., 172, pp 477-486 45 Nguyen, N.M., Dultz, S., Tran, T.T.T., Bui, T.K.A (2013), Effect of anions on dispersion of a kaolinitic soil clay: a combined study of dynamic light scattering and test tube experiments, Geoderma, pp 209-213 46 Minh N Nguyen, Flynn Picardal, Stefan Dultz, Than T.N Dam, Anh V Nguyen, Khai M Nguyen (2016), Silicic acid as a dispersibility enhancer in a Fe-oxide-rich kaolinitic soil clay, Geoderma, 286, 8-14 47 Meena, V.D., Dotaniya, M.L., Coumar, V., Rajendiran, S., Ajay, Kundu, S., Rao, A S (2014), A case for silicon fertilization to improve crop yields in tropical soils, P.Nati Acad Sci., India, Sect B Biol Sci 48 Monger H C and Kelly E F (2002), Soil Mineralogy with environmental applications, Soil Science Society of America, Madison, USA, pp.611-636 49 Penner D., Lagaly G (2001), Influence of anions on the fheological properties of clay mineral dispersions, Applied Clay Science, 19, pp 131-142 50 Pizarro, C., Fabris, J.D., Stucki, J.W., Garg, V.K (2008), Ammonium oxalate and citrate-ascorbate as selective chemical agents for the mineralogical analysis of clay fractions of an ultisoland andisols from southern Chile, J Chil Chem Soc 51 Raid, R N., Anderson, D L., Ulloa, M F (1992), Influence of cultivar and soil amendment with calcium silicate slag on foliar disease development ad yield of sugarcane, Crop Prot., 11, pp 84-88 52 Sauer D., Saccone L., Conley D J., Herrmann L and Sommer M (2006), Review of methodologies for extracting plant-available and amorphous Si from soils and aquatic sediments, Biogeochemistry, 80, pp 89-108 53 Smits, M M., Hoffland, E., Jongmans, A G., van Breemen, N (2005), Contribution of mineral tunneling to total feldspar weathering, Geoderma, 125, pp 59-69 54 Sommer, M., Kaczorek, D., Kuzyakov, Y., Breuer, J (2006), Silicon pools and fluxes in soils and landscapes-a review, J Plant Nutr Soil Sci., 169, pp 310-329 55 Suraj, G., Iyer, C.S.P., Rugmini, S., Lalithambika, M (1997), The effect of micronization on kaolinites and their sorption behavior, Appl Clay Sci 12, pp 111-130 56 Takahashi, E., Miyake, Y (1976), Silica and plant growth, J Sci Soil Manure, 47, pp 296-300 57 van Olphen, H (1977), An Introduction to Clay Colloid Chemistry, Wiley, New York 58 Wedepohl K H (1995), The composition of the continental crust, Geochem Cosmochim, Ac., 59, pp.1217-1232 59 Wilding L P (1967), Radiocarbon dating of biogenetic opal, Sci., 156, 66 67 51 Footer Page 33 of 166 Header Page 34 of 166 60 Wilson, M.J (1987), A Handbook of Determinative Methods in Clay Mineralogy, Blackie, London 61 Yariv, S., Cross, H., 1979 Geochemistry of Colloid Systems for Earth Scientists SpringerVerlag, Berlin 62 Zhu, Y X., and Gong, H J (2014), Beneficial effects of silicon on salt and drought tolerance in plants, Agron Sustain Dev., 34, pp 455-472 52 Footer Page 34 of 166 ... phân tán cấp hạt sét đất giàu kaolinit sắt 35 3.3 Ảnh hưởng axit silicic tới biến thiên điện động cấp hạt sét .40 3.4 Sự hấp phụ axit silicic lên cấp hạt sét đất giàu kaolinit sắt. .. HỌC TỰ NHIÊN - Đàm Thị Ngọc Thân NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA AXIT SILICIC ĐẾN SỰ PHÂN TÁN CẤP HẠT SÉT TRONG ĐẤT CÓ THÀNH PHẦN GIÀU KAOLINIT VÀ SẮT Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số... tin ảnh hưởng axit silicic tới đặc tính keo cấp hạt sét đất giàu kaolinit sắt Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm: - Xác định đặc tính keo cấp hạt sét đất giàu kaolinit sắt ảnh hưởng axit silicic