【摘要】：基于我國耕作土壤面源污染嚴(yán)重的現(xiàn)實,外源穩(wěn)定化劑在土壤砷修復(fù)領(lǐng)域有著不可替代的作用。添加穩(wěn)定化劑,可使土壤砷被固定或形成某些新型砷化合物,降低土壤砷的移動性和生物可利用性,進而達(dá)到抑制植物吸收砷的目的。近年來,納米二氧化鈦及其改性復(fù)合材料因其具有理論吸附能力強、比表面積大、良好的光催化特性及高砷親和力等特殊的物理化學(xué)性質(zhì),在水體除砷領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。為了使納米二氧化鈦能夠用于砷污染土壤修復(fù),必須對其進行復(fù)合改性,以減輕對土壤及其生態(tài)系統(tǒng)的毒害。所以,研究納米二氧化鈦復(fù)合改性材料作為修復(fù)土壤砷的穩(wěn)定化劑,對土壤砷修復(fù)具有重要的理論和實踐意義。本研究中采用溶膠-凝膠法合成活性碳負(fù)載納米二氧化鈦(ACT)及其鐵改性材料(ACTI),并采用透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射分析儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等技術(shù)對新材料進行表征。采用紅壤、黑土、紫色土和黃壤作為供試土壤,研究活性碳負(fù)載納米二氧化鈦及其鐵改性材料對土壤固定砷的影響,通過毒性淋溶提取法(TCLP)、生物有效性簡化提取法(SBET)和Cai氏順序提取法探討了添加量、培養(yǎng)時間對土壤中砷的生物有效性及形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。并將其與納米二氧化鈦(粒徑15nm/粒徑100nm)、碳酸鈣、三氧化二鐵、活性碳、沸石、蒙脫土進行固定效果做對比。主要結(jié)果如下:(1)對ACTI和ACT的表征結(jié)果表明:ACT和ACTI的BET比表面積大,體積顆粒小。經(jīng)過改性的材料表面粗糙,分散度好、孔徑分布窄,且成功負(fù)載納米TiO_2和Fe_2O_3。紅外表征結(jié)果表明兩種物質(zhì)中都存在羥基和Ti-O鍵,ACTI中出現(xiàn)了Fe-O鍵。(2)添加ACTI、ACT、T-15和Fe_2O_3處理后,紅壤、紫色土和中性土的pH增加、銨態(tài)氮含量上升、硝態(tài)氮含量下降;酸性土pH增加、銨態(tài)氮含量上升、硝態(tài)氮含量上升;鈣質(zhì)土pH下降、銨態(tài)氮含量下降、硝態(tài)氮含量下降;黑土pH下降、銨態(tài)氮含量上升、硝態(tài)氮含量下降。添加材料處理后紅壤、酸性土、鈣質(zhì)土和紫色土的pH為中性,中性土偏堿性,黑土偏酸性。(3)活性碳負(fù)載納米二氧化鈦及其鐵改性材料均能有效的降低土壤中TCLP浸出毒性。ACTI和ACT在水土比2:1時處理14天,最適添加量為0.05 g,此時ACTI和ACT的TCLP浸出毒性降低92.03%~96.02%和89.85%~93.99%。水土比2:1,添加量為0.05 g時,ACTI和ACT在供試土壤中在第七天能達(dá)到反應(yīng)平衡。ACTI和ACT處理下的不同成土類型土壤中,黃壤中砷TCLP浸出毒性下降幅度最大,但在紫色土中穩(wěn)定化效果顯著高于對照材料。ACT和ACTI處理不同pH土壤時,酸性土和中性土的浸出毒性降幅大于鈣質(zhì)土。(4)ACT和ACTI能有效的降低供試土壤中生物可給性。水土比2:1時處理14天:紫色土中ACT和ACTI的最佳添加量為0.15 g和0.10 g,對土壤生物可給性降低了90.73%和93.36%;黃壤中ACT和ACTI的最佳添加量為0.15 g,對土壤生物可給性降低了70.71%和73.49%。ACTI和ACT在供試土壤中生物可給性降低順序為黑土紫色土黃壤紅壤。ACTI和ACT在供試土壤中的穩(wěn)定化效果均優(yōu)于對照材料,但紫色土中的固定效果與其他材料差異明顯。ACT和ACTI處理不同pH土壤時,酸性土的生物可給性降幅最大。(5)添加ACT、ACTI以及對照材料處理土壤,均能降低土壤中移動態(tài)砷、可移動態(tài)砷含量,使殘渣態(tài)砷含量增加。Cai順序提取法浸提土壤砷的結(jié)果表明:ACTI和ACT對土壤移動態(tài)的穩(wěn)定化效率高于可移動態(tài),且處理后土壤中殘渣態(tài)砷含量增幅最高可達(dá)10倍以上。ACTI和ACT在供試土壤中殘渣態(tài)增加幅度黑土紫色土黃壤紅壤。土壤pH不同時,酸性土壤中殘渣態(tài)砷增幅大。ACTI和ACT在修復(fù)砷污染土壤時是高效,且在幾種土壤中砷的固定效果都較好。從土壤砷TCLP浸出毒性、SBET生物可給性以及砷形態(tài)相互轉(zhuǎn)化的角度,ACTI對土壤砷的固定效果優(yōu)于ACT。
【圖文】：

107.65 ——108.02 ——148.84149.9380.15150.16 79.3880.00 250.17 114.29150.79 80.474.1.3 透射電子顯微鏡表征圖 4-1 中 a，b，c 和 d 是兩種吸附劑的透射電子顯微照片。從 a 和 c 可以看出，活性碳負(fù)載納米二氧化鈦(ACT)顆粒的形狀是不規(guī)則的，但表面相對平滑。圖 a 中 ACT邊緣出現(xiàn)淺色，中心區(qū)域呈現(xiàn)較深的顏色，表明顆粒中心區(qū)域裝載了大量的納米 TiO2，具有網(wǎng)狀晶格結(jié)構(gòu)，并且有規(guī)則的近球形 TiO2顆粒分布在 ACT 表面，，不同晶粒的邊界是模糊的，這是由于 ACT 組合物中單相結(jié)晶不均勻?qū)е碌�。c 是 ACT 放大 60000倍的形貌，表面分布有許多不同形狀的納米 TiO2，包括軸晶組織并發(fā)生長方體和小圓形區(qū)域的納米顆粒聚集。

在核心中，橢圓體周圍形成網(wǎng)絡(luò)鏈結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，橢球體是大的納米二氧化鈦載體，外部網(wǎng)絡(luò)鏈由 Fe2O3和相對較小尺寸的納米二氧化鈦組成。從 4 張以上的照片可以看出，兩種材料的吸附通道是由納米顆粒堆積形成的堆積毛細(xì)孔(玉美,2013)。顏色深度變化證明兩種材料是由多種物質(zhì)組成的混合物，這證實了圖 4-3 中XRD 測試的結(jié)果。4.1.4 掃描電子顯微鏡表征對活性碳負(fù)載納米二氧化鈦(ACT)及其鐵改性材料(ACTI)利用掃描電鏡進行掃描的電鏡圖見圖 4-2。圖 4-2 中顯示的是活性碳在放大 2000 倍的電鏡下是層狀結(jié)構(gòu)，但層次不清晰。經(jīng)過處理活性碳材料的邊緣的輪廓粗糙，表面粗糙。電鏡下的 ACTI 比ACT 更為粗糙，表明 ACTI 發(fā)生了表明侵蝕現(xiàn)象。兩種處理過的材料表明有一些大小不均一的顆粒狀的附著物且 ACTI 上的顆粒物更為細(xì)小，推測這種物質(zhì)是負(fù)載的鈦或鐵的化合物。
【學(xué)位授予單位】：貴州師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X53;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2684097