改性生物炭材料對鎘污染水稻土鈍化修復效應研究.pdf

1、目前，生物炭已廣泛用于修復受污染的水及農田土壤。但生物炭是一種粗獷的富碳材料，具有較為復雜物化性質，難以有較突出的化學功能性質，在環(huán)境應用中受到了一定的局限性。而改性處理可改變生物炭的孔徑結構和表面特征，提高其吸附能力及環(huán)境修復應用的潛力。改性方法的適用性主要由污染物特性（即:無機/有機，陰離子鄺日離子，親水性/疏水性，極性/非極性）、環(huán)境條件、修復目標等方面所決定。本研究采用油菜秸稈生物炭為原料，通過酸(HNO3)/堿(NaOH)改性

2、制備的改性炭(BC-HNO3、BC-NaOH)、KMnO4浸漬處理制備MnOx-生物炭復合材料(BC-KMnO4)和FeCl3處理制備磁性生物炭(BC-FeCl3)，探討改性處理后的生物炭的性質特征和對重金屬Cd2+的吸附特性，并應用于原土/外源鎘污染的土壤中，探究其對目標污染物的鈍化效應;在此基礎上，篩選出了2種對鎘污染土壤鈍化效果較好的材料，在盆栽試驗中探討了不同添加量下的調控效應，明確其在鎘污染水稻土中的應用修復效果。主要研究結果

3、如下:
　　(1)五種炭材料對Cd2+的吸附符合準二級動力學模型，BC-KMnO4的吸附速率為14.46g·mg-1·h-1，遠高于BC(5.89g·mg-1·h-1)，而BC-FeCl3的吸附速率最低(2.23g·mg-1·h-1);五種炭材料在不同濃度下Cd2+的吸附符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型，BC對Cd2+的吸附容量為32.74mg·g-1，四種改性炭材料均提高了原生物炭對Cd2+的吸附容量，尤以

4、BC-KMnO4最為顯著（吸附容量為81.10mg·g-1）。BC-KMnO4具有高吸附Cd2+能力是因為KMnO4處理擴大了原炭的比表面積(110.68m2·g-1)和總孔體積(0.087cm3·g-1)，打開了原炭的微孔結構，同時含氧官能團數量較多，陽離子交換能力較強，金屬-配體絡合作用也較強，能夠有效吸附和固持Cd2+。而FeCl3處理吸附Cd2+能力弱，因為比表面積較?。ㄔ锾康?.36倍），酸性官能團豐富，羧基和酚羥基顯著增

5、加，使表面的吸附位點被大量的H+占據，阻礙了Cd2+的靠近，導致對Cd2+的吸附降低。
　　(2)原炭及改性生物炭均降低了原狀土壤中有效態(tài)鎘含量，其中BC-NaOH和BC-KMnO4材料鈍化作用超過50％;在外源污染土壤中，BC-NaOH、BC-KMnO4和BC-FeCl3均降低了土壤有效態(tài)鎘含量，以BC-KMnO4較佳，降低作用達30％;原炭鈍化作用不顯著，BC-HNO3活化了3.8％～24.5％土壤有效態(tài)鎘。對土壤理化性質的影

6、響表現為，原炭及BC-NaOH、BC-KMnO4提高了土壤pH，BC-HNO3降低了土壤pH;原狀土中的有效磷、銅、鋅和外源土壤中的有效磷、錳與土壤中的有效態(tài)鎘呈顯著的負相關。回歸分析結果表明，提高土壤pH、有機碳、土壤鹽基離子和有效錳含量，降低有效銅和有效鋅含量能有效降低土壤有效態(tài)鎘的含量。
　　(3)對土壤鎘形態(tài)的影響表現為，BC-HNO3在外源污染土壤中活化了20.2％的可交換態(tài)鎘含量，而其他處理均降低了可交換態(tài)鎘含量，尤以

7、10％BC-KMnO4顯著降低原狀土壤中可交換態(tài)鎘含量為65.1％;土壤中碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)、有機氧化物結合態(tài)和殘渣態(tài)鎘含量在改性炭及原炭處理下有一定的變化，主要呈上升趨勢。通過逐步回歸分析，原狀土壤中有效態(tài)鎘主要來源于可交換態(tài)、有機結合態(tài)鎘，外源污染土壤中有效態(tài)鎘主要來源于可交換態(tài)、碳酸鹽結合鎘，可交換態(tài)鎘在原狀/外源污染土壤中貢獻最大。
　　(4)對比吸附試驗和土培試驗結果，篩選較好的改性生物炭材料(BC-NaOH

8、、BC-KMnO4)進行盆栽試驗，結果表明，改性生物炭材料促進了菠菜的生長，表現為BC-NaOH＞BC-KMnO4＞生物炭＞對照。同時，改性生物炭提高了土壤pH，降低了土壤中有效態(tài)鎘含量與菠菜對鎘的轉運和富集系數。其中BC-KMnO4降低地上部鎘含量、鎘積累量、轉運系數和富集系數效果較佳，尤以1％添加量處理降低菠菜體內對鎘的吸收作用最佳;推薦使用1％BC-KMnO4作為鈍化材料使用于鎘污染土壤治理。
　　綜上，BC-KMnO4改性