空心莧生物炭、膨潤土及其復(fù)合吸附劑對(duì)茶園土壤Cd的固持作用研究

發(fā)布時(shí)間：2020-04-02 20:08

【摘要】：伴隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)以及交通業(yè)等多行業(yè)的迅速發(fā)展,土壤重金屬污染問題日益嚴(yán)重,治理土壤中的重金屬污染已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。鎘是存在于土壤中的典型重金屬污染物,在環(huán)境中具有作用周期長、移動(dòng)性大、生物毒性高以及難降解等特點(diǎn),較易被植物吸收并殘留于體內(nèi),且通過食物鏈富集作用危害動(dòng)物和人類的健康。固化/穩(wěn)定技術(shù)因操作簡(jiǎn)便、效果良好,已成為比較成熟的重金屬污染土壤治理方法。目前,單一的固化修復(fù)材料運(yùn)用于重金屬污染修復(fù)的研究已較多,而將兩種或多種材料復(fù)合以期得到重金屬污染修復(fù)效果更為優(yōu)越的材料的研究還很少。因此,對(duì)于固化修復(fù)材料的深入研究具有重要理論意義。本研究以無機(jī)材料—鈣基膨潤土和有機(jī)材料—惡性水生雜草空心莧為原料,對(duì)鈣基膨潤土進(jìn)行簡(jiǎn)單物理提純得到純度較高的膨潤土吸附材料(BE),分別在300℃、500℃、700℃限氧環(huán)境下制備出空心莧生物炭(PB)和膨潤土—空心莧生物炭復(fù)合吸附劑(APB)。通過元素分析、掃描電鏡、傅里葉變換紅外光譜等手段探討了熱解溫度、材料類型對(duì)吸附劑理化特性的影響。通過批量吸附實(shí)驗(yàn)研究了有機(jī)、無機(jī)單一吸附劑及其復(fù)合吸附劑對(duì)水相中Cd~(2+)的吸附特性及吸附機(jī)制。開展了有機(jī)、無機(jī)單一吸附劑及其復(fù)合吸附劑對(duì)茶園土壤中Cd~(2+)的固持作用研究和效果評(píng)估,探討了單一及復(fù)合材料對(duì)Cd~(2+)污染茶園土壤修復(fù)的可行性。得到如下結(jié)論:(1)三種吸附材料均呈堿性。隨著熱解溫度升高,空心莧生物炭和復(fù)合吸附劑的pH值增大,產(chǎn)率降低,灰分含量升高,C、H、N、O元素含量及原子比值隨之降低;而其表面酸性官能團(tuán)減少,芳香性增加�？招那{生物炭表面孔隙結(jié)構(gòu)隨熱解溫度升高而更加豐富,但不利于復(fù)合吸附劑表面孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)育。復(fù)合吸附劑表面出現(xiàn)Si、Ca、Mg、Al等元素的峰值和Si-O-Si、Si-O伸縮振動(dòng)吸收峰特征的官能團(tuán)表明膨潤土成功地負(fù)載到了空心莧生物炭上。(2)700℃生物炭和300℃復(fù)合吸附劑表現(xiàn)出了良好的吸附能力。準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型能更準(zhǔn)確地描述吸附劑對(duì)Cd~(2+)的吸附動(dòng)力學(xué)過程。吸附劑對(duì)Cd~(2+)的吸附過程分為表面吸附和平緩吸附兩個(gè)階段,表明在吸附過程中顆粒內(nèi)擴(kuò)散是主要控速步驟,但不是唯一的控速步驟。吸附劑對(duì)Cd~(2+)的吸附行為更符合Freundlich模型描述的不均勻的多層吸附,且吸附劑對(duì)Cd~(2+)的吸附為自發(fā)完成的吸熱過程。溶液pH值會(huì)顯著影響吸附劑對(duì)Cd~(2+)的吸附,在pH值達(dá)到6.0時(shí),吸附量基本達(dá)到平衡。吸附材料形態(tài)結(jié)構(gòu)、絡(luò)合作用、陽離子-π作用、共沉淀作用、離子交換作用等是其主要吸附機(jī)制。(3)吸附劑施入后能有效提高土壤pH值,并隨施加量增加而升高。施入吸附劑后,均能顯著降低土壤中Cd有效態(tài)含量,有效固定土壤中的Cd,減少其遷移性,且與吸附劑施入量、熱解溫度均成正比。土壤中可交換態(tài)Cd的含量也能有效降低,且隨施入量增加而呈持續(xù)降低趨勢(shì);碳酸鹽結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)化合態(tài)形態(tài)中的一種或幾種形態(tài)的含量出現(xiàn)增加變化。在3%施加量下,700℃生物炭對(duì)降低土壤中可交換態(tài)Cd~(2+)含量的效果最為顯著,復(fù)合吸附劑修復(fù)效果略低于700℃生物炭,也取得了良好的效果。
【圖文】：

能譜分析,吸附劑,掃描電鏡圖,樣品