重金属与土壤矿物(高岭石、蒙脱石、石英、针铁矿等)、有机质和细菌等单组分相互作用机制的研究已趋于成熟,但由于土壤中各组分往往相互胶结形成有机-无机复合体形式,在其单组分体系中获得的重金属作用机制无法有效评价重金属在自然条件下的形态、分配、迁移、转化和释放等化学行为。本文选取蒙脱石(Montmorillonite,Mont)和高岭石(Kaolinite,Kao)机械混合物(Mont:Kao)=1:1为土壤层状硅酸盐矿物代表,腐植酸(Humic Acid,HA)作为有机质代表,革兰氏阳性枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,B.s)、革兰氏阴性恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida,P.p)为细菌代表,以Cu²⁺、Cd²⁺、As(V)为目标重金属离子,采用宏观吸附、借助傅里叶变红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等现代技术,探究Cu²⁺、Cd²⁺在矿物-腐植酸(Mont/Kao-HA)、矿物-革兰氏阳性/阴性细菌二元复合体(Mont/Kao-B.s或Mont/Kao-P.p)及矿物-腐植酸-革兰氏阳性/阴性细菌三元复合体(Mont/Kao-HA-B.s或Mont/Kao-HA-P.p)上的结合机制与竞争吸附特点;研究As(V)在高岭石(Kao)、HA和细菌(B.s)二元、三元复合体上的吸附机制,得出以下结论:(1)Cu²⁺、Cd²⁺在Mont/Kao-HA、Mont/Kao-B.s或Mont/Kao-P.p二元复合体及Mont/Kao-HA-B.s或Mont/Kao-HA-P.p三元复合体的吸附属非专性吸附,与粘土矿物组分形成外圈络合物,与二元、三元复合体形成内圈络合物。吸附热力学表明该体系更符合Langmiur模型,Mont/Kao对Cu²⁺的吸附为放热反应,二元复合体Mont/Kao-bacteria与Mont/Kao-HA、三元复合体Mont/Kao-HA-bateria对Cu²⁺、Cd²⁺的吸附为吸热反应。准二级动力学可以很好地拟合Mont/Kao、HA、Bateria二元、三元复合体对Cu²⁺、Cd²⁺的吸附,表明吸附过程以化学吸附为主。结合XRD、FT IR及SEM表征与显微照片,表明Mont/Kao-HA、Mont/Kao-B.s及或Mont/Kao-P.p二元复合体具有加和性;但Mont/Kao-HA-P.p三元复合体对重金属离子的吸附性能低于Mont/Kao-P.p二元复合体系,表现为拮抗作用。Mont/Kao-HA-P.p(100:5:1)体系对Cu²⁺、Cd²⁺的吸附量高于50:1:50的三元复合体,说明Cu²⁺、Cd²⁺在矿物上的竞争吸附性能强于Bateria、HA,竞争吸附促进金属离子优先结合亲和力高的吸附位点。(2)Cu²⁺、Cd²⁺在Mont/Kao-HA二元复合体、Mont/Kao-HA-P.p三元复合体上存在竞争吸附。在Cu²⁺、Cd²⁺共存体系中,随着p H值的升高(3~7),Cd²⁺与Cu²⁺在二元及三元复合上的竞争强度逐渐降低(由73%降至5%);Cd²⁺对Cu²⁺在复合体上的吸附影响显著,而复合体对Cd²⁺的吸附几乎不受Cu²⁺存在的影响。Mont/Kao-HA二元复合体对单一金属吸附熵为正,吸附过程中形成了内圈络合物,对竞争体系的吸附熵与之相反,吸附过程形成了外圈络合物,说明Cu²⁺、Cd²⁺竞争吸附发生在复合体的非特异性点位上。在Cu²⁺、Cd²⁺共存体系中,二元、三元复合体对重金属离子的吸附也符合Langmiur模型。(3)As(V)在Kao-B.s与Kao-HA-B.s二元、三元复合体系中的吸附属于专性吸附,与复合体形成内圈络合物。As(V)在Kao-HA-B.s三元复合体系的吸附过程为吸热反应;Kao-B.s和Kao-HA-B.s复合体对As(V)吸附符合伪二级动力学模型及Freundlich模型,过程以化学吸附为主,反应速率分别为0.02×10^-3,0.03×10^-4g·μg^-1·min^-1。结合XRD及FTIR表征,表明二元复合体对As(V)的吸附性能优于单一矿物组分,但三元复合体系表现为拮抗作用。在p H=5、离子强度0.01mol·L^-1的条件下,As(V)在二元及三元复合体系中的最大吸附量为4.01~11.5mg·g^-1。