铁改性粘土矿物对稻田土壤镉和砷的钝化效果及机制

发布时间：2020-04-08 00:07

【摘要】：随着工业发展和城镇化进程的加快,环境中重金属污染问题日益严重。水稻是我国的主要粮食作物之一,稻田土壤Cd和As污染常常导致糙米中Cd和As超过国家食品安全标准限量值。土壤pH、Eh等对土壤中Cd和As生物有效性的影响呈现相反的效果,因此如何修复农田Cd和As复合污染土壤和控制水稻体内Cd和As含量,是目前亟需解决的难题。本论文研究了不同粘土矿物铁改性前后对Cd和As吸附的效果,筛选出高效吸附Cd和As的改性材料;在此基础上进一步研究改性材料对溶液中Cd和As的吸附动力学及其影响因素,以及对Cd和As复合污染稻田土壤的钝化效果;初步探讨改性材料钝化Cd和As的机理,为Cd和As复合污染的稻田土壤修复提供参考依据。主要研究结果如下:1.研究了不同比例铁改性粘土矿物(海泡石、膨润土、硅藻土)对Cd和As吸附效果的影响。结果表明10%铁改性海泡石对溶液中Cd和As的吸附效率最高。2.研究了天然海泡石铁改性前后对溶液中Cd~(2+)和AsO_3~(3-)的吸附效果及其影响因素,结果表明铁改性海泡石形成了新的羟基键,且其表面粗糙程度提高。固液比为1:100条件下,海泡石铁改性后对As(Ⅲ)(20mg/L)和Cd~(2+)(10mg/L)的吸附效率分别由34%和55%提高至98%和95%。与天然海泡石相比,铁改性海泡石对Cd和As的最大吸附容量约分别提高了2.5倍和9.0倍。pH对两种材料吸附Cd和As的效率影响较小,但在pH为6时有最佳效果。随着固液比增加,两种材料对Cd~(2+)的吸附效率增加,但对As(Ⅲ)的吸附效率影响较小。铁改性海泡石是一种治理Cd和As复合污染的潜在材料。3.采用土壤盆栽的方法,研究了不同用量天然海泡石(1%、2.5%)、天然膨润土(1%、2.5%),铁改性海泡石(1%、2.5%)、铁改性膨润土(1%、2.5%)和铁基生物炭(1%)对水稻生长、镉和砷吸收及土壤中Cd和As形态的影响。结果表明,不同钝化剂处理对水稻产量无显著影响(p0.05)。天然海泡石、2.5%铁改性海泡石和2.5%铁改性膨润土处理显著提高了土壤pH值(p0.05),其它处理则对土壤pH值无显著影响(p0.05)。天然海泡石、2.5%铁改性海泡石和1%铁基生物炭处理均降低土壤中可交换态Cd的比例及水稻对Cd的吸收。水稻秸秆、谷壳及糙米中As的含量均与糙米中Fe的含量呈显著负相关。土壤中的As主要以残渣态为主,铁改性海泡石和铁改性膨润土可以降低土壤中可交换态As的比例。1%海泡石、2.5%铁改性海泡石和2.5%铁改性膨润土处理能同时降低糙米中Cd和As含量,较CK分别降低了30.8%、33.3%、30.8%(Cd)和19.2%、60.0%、61.7%(As)。
【图文】：

16图 2 不同铁改性粘土矿物吸附砷的效率. 2 Adsorption efficiency of As by different iron modified clay mat

图 4 固液比对天然海泡石和铁改性海泡石吸附镉(A)和砷(B)的影响Fig.4 Effect of solid-liquid ratio on the adsorption of Cd(A)and As(B)by sepiolite and ironmodified sepiolite2.2 不同 pH 对海泡石吸附镉和砷的影响
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53

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