活性碳负载纳米二氧化钛对污染土壤中砷的固定试验研究

发布时间：2020-05-27 20:34

【摘要】：基于我国耕作土壤面源污染严重的现实,外源稳定化剂在土壤砷修复领域有着不可替代的作用。添加稳定化剂,可使土壤砷被固定或形成某些新型砷化合物,降低土壤砷的移动性和生物可利用性,进而达到抑制植物吸收砷的目的。近年来,纳米二氧化钛及其改性复合材料因其具有理论吸附能力强、比表面积大、良好的光催化特性及高砷亲和力等特殊的物理化学性质,在水体除砷领域的应用越来越广泛。为了使纳米二氧化钛能够用于砷污染土壤修复,必须对其进行复合改性,以减轻对土壤及其生态系统的毒害。所以,研究纳米二氧化钛复合改性材料作为修复土壤砷的稳定化剂,对土壤砷修复具有重要的理论和实践意义。本研究中采用溶胶-凝胶法合成活性碳负载纳米二氧化钛(ACT)及其铁改性材料(ACTI),并采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等技术对新材料进行表征。采用红壤、黑土、紫色土和黄壤作为供试土壤,研究活性碳负载纳米二氧化钛及其铁改性材料对土壤固定砷的影响,通过毒性淋溶提取法(TCLP)、生物有效性简化提取法(SBET)和Cai氏顺序提取法探讨了添加量、培养时间对土壤中砷的生物有效性及形态转化的影响。并将其与纳米二氧化钛(粒径15nm/粒径100nm)、碳酸钙、三氧化二铁、活性碳、沸石、蒙脱土进行固定效果做对比。主要结果如下:(1)对ACTI和ACT的表征结果表明:ACT和ACTI的BET比表面积大,体积颗粒小。经过改性的材料表面粗糙,分散度好、孔径分布窄,且成功负载纳米TiO_2和Fe_2O_3。红外表征结果表明两种物质中都存在羟基和Ti-O键,ACTI中出现了Fe-O键。(2)添加ACTI、ACT、T-15和Fe_2O_3处理后,红壤、紫色土和中性土的pH增加、铵态氮含量上升、硝态氮含量下降;酸性土pH增加、铵态氮含量上升、硝态氮含量上升;钙质土pH下降、铵态氮含量下降、硝态氮含量下降;黑土pH下降、铵态氮含量上升、硝态氮含量下降。添加材料处理后红壤、酸性土、钙质土和紫色土的pH为中性,中性土偏碱性,黑土偏酸性。(3)活性碳负载纳米二氧化钛及其铁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时处理14天,最适添加量为0.05 g,此时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,添加量为0.05 g时,ACTI和ACT在供试土壤中在第七天能达到反应平衡。ACTI和ACT处理下的不同成土类型土壤中,黄壤中砷TCLP浸出毒性下降幅度最大,但在紫色土中稳定化效果显著高于对照材料。ACT和ACTI处理不同pH土壤时,酸性土和中性土的浸出毒性降幅大于钙质土。(4)ACT和ACTI能有效的降低供试土壤中生物可给性。水土比2:1时处理14天:紫色土中ACT和ACTI的最佳添加量为0.15 g和0.10 g,对土壤生物可给性降低了90.73%和93.36%;黄壤中ACT和ACTI的最佳添加量为0.15 g,对土壤生物可给性降低了70.71%和73.49%。ACTI和ACT在供试土壤中生物可给性降低顺序为黑土紫色土黄壤红壤。ACTI和ACT在供试土壤中的稳定化效果均优于对照材料,但紫色土中的固定效果与其他材料差异明显。ACT和ACTI处理不同pH土壤时,酸性土的生物可给性降幅最大。(5)添加ACT、ACTI以及对照材料处理土壤,均能降低土壤中移动态砷、可移动态砷含量,使残渣态砷含量增加。Cai顺序提取法浸提土壤砷的结果表明:ACTI和ACT对土壤移动态的稳定化效率高于可移动态,且处理后土壤中残渣态砷含量增幅最高可达10倍以上。ACTI和ACT在供试土壤中残渣态增加幅度黑土紫色土黄壤红壤。土壤pH不同时,酸性土壤中残渣态砷增幅大。ACTI和ACT在修复砷污染土壤时是高效,且在几种土壤中砷的固定效果都较好。从土壤砷TCLP浸出毒性、SBET生物可给性以及砷形态相互转化的角度,ACTI对土壤砷的固定效果优于ACT。
【图文】：

照片,照片,纳米,组合物

107.65 ——108.02 ——148.84149.9380.15150.16 79.3880.00 250.17 114.29150.79 80.474.1.3 透射电子显微镜表征图 4-1 中 a，b，c 和 d 是两种吸附剂的透射电子显微照片。从 a 和 c 可以看出，活性碳负载纳米二氧化钛(ACT)颗粒的形状是不规则的，但表面相对平滑。图 a 中 ACT边缘出现浅色，中心区域呈现较深的颜色，表明颗粒中心区域装载了大量的纳米 TiO2，具有网状晶格结构，并且有规则的近球形 TiO2颗粒分布在 ACT 表面，，不同晶粒的边界是模糊的，这是由于 ACT 组合物中单相结晶不均匀导致的。c 是 ACT 放大 60000倍的形貌，表面分布有许多不同形状的纳米 TiO2，包括轴晶组织并发生长方体和小圆形区域的纳米颗粒聚集。

扫描电镜照片,扫描电镜照片

在核心中，椭圆体周围形成网络链结构。在该结构中，椭球体是大的纳米二氧化钛载体，外部网络链由 Fe2O3和相对较小尺寸的纳米二氧化钛组成。从 4 张以上的照片可以看出，两种材料的吸附通道是由纳米颗粒堆积形成的堆积毛细孔(玉美,2013)。颜色深度变化证明两种材料是由多种物质组成的混合物，这证实了图 4-3 中XRD 测试的结果。4.1.4 扫描电子显微镜表征对活性碳负载纳米二氧化钛(ACT)及其铁改性材料(ACTI)利用扫描电镜进行扫描的电镜图见图 4-2。图 4-2 中显示的是活性碳在放大 2000 倍的电镜下是层状结构，但层次不清晰。经过处理活性碳材料的边缘的轮廓粗糙，表面粗糙。电镜下的 ACTI 比ACT 更为粗糙，表明 ACTI 发生了表明侵蚀现象。两种处理过的材料表明有一些大小不均一的颗粒状的附着物且 ACTI 上的颗粒物更为细小，推测这种物质是负载的钛或铁的化合物。
【学位授予单位】：贵州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53;TB33

【参考文献】