汞的迁移和转化-金属百科
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  • 汞的迁移和转化

 
  • 汞的迁移和转化(一)循环是重金属在生态系统中循环的典型,汞以元素状态在水体、土壤、大气和生物圈中迁移和转化。
  • (二)汞迁移和转化的主要特点:
  • (1)汞是生态系统中能完善循环的唯一重金属。汞排入水中后,通过食物链,将会在水中的鱼体内累积,受汞污染的水中的鱼体内甲基汞浓度可比水中高上万倍。
  • (2)汞循环过程包括:颗粒物的迁移;干、湿物的沉降;火山挥发进入大气;入水沉积污泥中;在细菌作用下生成甲基汞;进入生物体;在生物体内累积。
  • (3)生物甲基化:在微生物的作用下,金属汞和二价离子汞等无机汞会转化成甲基汞和二甲基汞,这种转化称为汞的生物甲基化作用。
  • (4)甲基汞易被人体吸收,排出慢,而且毒性大。这是因为甲基汞易溶于脂类中;汞在体内不易分解,由于其分子结构中有碳-汞键不易切断;是高神经毒剂,多在脑部积累。
  • 汞在水环境中的迁移转化
  • 汞在水环境中的迁移和转化汞从污染源排入到天然水体,可立即与水体中的各种物质发生相互作用,这些物质包括溶解在水中的各种离子、分子和络合配位体,悬浮在水中的有机物与无机颗粒物,水滴沉积物以及水生生物。由于以上物质对汞表现出一定的亲和力,因而他们的相互做用决定了汞在水体中迁移转化的最终归属。
  • 天然水体是由固相、水相、生物相组成的复杂体系。汞这些相中,具有多种存在形态。在水相中,汞以Hg2+、Hg(OH)m2-m、 CH3Hg+、CH3Hg(OH)、CH3HgCl、C6H5Hg+ 为主要形态。在固相中,以Hg+、Hg0、HgS、CH3Hg(SR)、(CH3Hg) 2S 为主要形态。在生物相中以Hg2+、CH3Hg+、CH3HgCH3为主要形态。它们随着水环境形态的变化而变化。
  • 在天然水体中,不同形态的汞具有各自的化学反应特征,它们影响着汞的化学行为,决定着汞的迁移过程,其过程包括以下几方面。
  • 1. 水中汞的气态迁移
  • 汞在水中的气态迁移涉及到汞的气化作用,以及二甲基化作用,此时汞转变为挥发态的汞进如大气。
  • 当天然水体中含氧量减少时,水体氧化还原电位可降至50~200毫伏,由于Hg2+/Hg0的氧化-还原电位Eh=860毫伏,因而汞易被水中有机质、微生物或其它还原剂还原为Hg,即以汞的气态由水体逸散到大气中。
  • 当天然水体中含汞量稍高,pH≥7时,水中汞可在厌气微生物的作用下生成(CH3)2Hg。由于(CH3 )2Hg在水中溶解度很小所以很容易逸散到大气中,有些学者认为,溶解在水中的汞约有1~10%呈挥发态转入大气中。
  • 2. 水中汞的络合态迁移
  • 天然水体中除了溶解态离子汞外,还存在着络合态汞,天然水体中常见的无机态配位体Cl-、OH-对汞有络合作用,络合物的形成成为汞能随水流动的主要因素之一。
  • 天然水体中还存在有或多或少的有机物,它们包含的胺基、羧基等官能团都能与汞结合,形成稳定的有机络合物。水体中的悬浮物和地质对汞也有强烈的吸附作用,水中的悬浮物能大量摄取溶解性汞,从而束缚了汞的自由活动能力,当地质因素或者环境化学因素改变而导致悬浮物沉积时,则汞也随之沉淀下来。同时地质沉积物中的化学物质也同样吸附水中的Hg2+,若Hg2+被沉积物吸附固定,水中汞也向沉积物中转移。因此,在直接受汞污染的水体中,即使底质汞已达到几百甚至几千ppm的含量,但水相的含汞量仍然很低,仅有几个ppb甚至更少。
  • 3. 汞的生物态迁移
  • 水体中汞的生物态迁移的量是有限的,但由于在微生物的参与下,沉积在水中的无机汞能转变成剧毒的甲基汞,并且沉积物中生物合成的甲基汞能连续不断的释放到水体中。由于甲基汞具有很强的亲脂力,因为水中低量的甲基汞能被水生生物吸收,通过生物的放大作用威胁人类的健康与安全。因此,汞的生物态迁移过程,实际上主要是甲基汞的迁移与累计过程,这与无机汞在气、水中的迁移完全不同,它是一种危害人体健康与人类安全的生物地球化学流迁移。
  • 气态汞的传播
  • 气态汞可以传播到全球各地,依附于颗粒的汞往往沉降在污染源附近。
  • 汞的迁移和转化
  • 汞在土壤环境中的迁移
  • 汞在自然界的含量很少,岩石圈中汞的含量约为0.1 mg/Kg。土壤中汞的含量为0.01~0.3 mg/Kg,平均为0.03 mg/Kg。由于土壤的粘土矿物和有机质对汞的强烈吸附作用,汞进入土壤后,95%以上能被土壤迅速吸附或固定,因此汞容易在土壤表层积累。
  • 土壤中的粘土矿物带有负电荷,可以吸收以阳离子形态存在的汞,而以阴离子形态存在的汞也能被粘土矿物吸附。不同的粘土矿物对汞的吸附能力存在着差异,并且受PH等因素的影响。研究认为粘土矿物对汞的吸附能力为:伊利石>蒙脱石>高岭土>粉砂>中砂>粗砂。
  • 腐殖质固定汞的能力比粘土矿物要大的多。腐殖质是一些含有方向结构的化合物,通过含酚羟基、羧基、羟基醌、烯醇基、磺酸基、氨基、醌基、甲氧基等反应基团的作用,汞被腐殖质螯合或吸附,一般来说,土壤腐殖质含量越高,土壤吸附汞的能力越强。
  • 植物对汞的吸收主要是通过根来完成的。很多情况下,汞化合物在土壤中先转化为金属汞或者甲基汞后才能被植物吸收。植物吸收和积累汞与汞的形态有关,其顺序为:氧化甲基汞>氧化乙基汞>醋酸苯汞>氧化汞>硫化汞。从这个顺序可以看出,挥发性高、溶解度大的汞化合物容易被植物吸收。汞在植物各部的分布一般是根>茎、叶>种子。这种趋势是由于汞被植物吸收后,常与根上的蛋白质反应沉积于根上,阻碍了向地上部分的运输。

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