Issue Agron. Sustain. Dev. Volume 23, Number 3, April 2003 Page(s) 219 - 225 DOI 10.1051/agro:2002085

Agronomie 23 (2003) 219-225
DOI: 10.1051/agro:2002085

Mechanisms of Pb (II) sorption and desorption at some clays and goethite-water interfaces

Mario Businelli, Federica Casciari, Daniela Businelli and Giovanni Gigliotti

Dipartimento di Scienze Agroambientali e della Produzione Vegetale dell'Università degli Studi di Perugia, Borgo XX Giugno 72, 06121 Perugia, Italy
(Received 7 December 2001; accepted 2 July 2002)

Abstract
The aim of this research is to corroborate the results obtained with Pb (II) sorption and desorption macroscopic equilibrium studies on some soil minerals (montmorillonite, illite, kaolinite and goethite) using microscopic techniques. The sorption isotherms demonstrate that the adsorption capability of the substrates varies in the following sequence: illite > montmorillonite > kaolinite > goethite, and the desorption isotherms demonstrate the irreversibility of the bonds formed. pH adsorption edges on montmorillonite show that at a pH lower than the hydrolysis point the sorption edge is primarily due to ion exchange, while at a pH higher than the hydrolysis point, it is a combination of both ion exchange and precipitation. The EDS semi-quantitative analysis performed by SEM demonstrates that in the clays Pb replaced almost exclusively Ca ions. In the montmorillonite this replacement may also include the Ca ions in the interlayer space, and in the illite also, the replacement of protonated OH groups and the K ions situated at the edge of interlattice sites. Goethite shows an adsorption capability of the same magnitude as kaolinite.

Résumé
Mécanismes d'absorption et de désorption du Pb (II) à l'interface entre solution aqueuse et certaines argiles et la goethite. L'objectif de cette recherche est d'étayer, au moyen de techniques microscopiques, les résultats obtenus par le biais d'études macroscopiques d'équilibre sur l'absorption et la désorption du Pb (II) sur certains composants minéraux du sol (montmorillonite, illite, kaolinite et goethite). Les isothermes d'absorption ont montré que la capacité d'adsorption des substrats variait de la façon suivante : illite > montmorillonite > kaolinite > goethite, et les isothermes de désorption ont démontré l'irréversibilité des liens formés. La variation du pourcentage de Pb adsorbé par la montmorillonite en fonction du pH montrait que, lorsque l'on a une valeur de pH inférieure au point d'hydrolyse, l'absorption est principalement due à une réaction d'échange ionique alors que, lorsque l'on a une valeur de pH supérieure au point d'hydrolyse, l'absorption est due à une combinaison de réactions d'échange ionique et précipitation. Les analyses semi-quantitatives effectuées au microscope électronique à balayage (MEB) couplé à la micro-analyse aux rayons X par dispersion d'énergie (EDS) ont démontré que, dans les argiles, le Pb remplaçait exclusivement les ions Ca. Dans la montmorillonite, cette substitution pourrait intéresser aussi les ions Ca de l'espace interlamellaire et, dans l'illite, il pourrait également y avoir substitution de groupes OH protonés et d'ions K situés au bord des sites interstrates. La goethite a montré une capacité d'adsorption équivalente à celle de la kaolinite.

Key words: lead / clays / goethite / sorption-desorption / microscopic techniques

Mots clés : plomb / argiles / goethite / absorption-désorption / techniques microscopiques

Correspondence and reprints: Mario Businelli
    e-mail: mbusinel@unipg.it

Communicated by Marco Trevisan (Piacenza, Italy)

© INRA, EDP Sciences 2003

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