生物炭负载铁锰氧化物对铅、铜污染土壤的稳定化研究

发布时间：2020-08-15 21:55

【摘要】：近年来土壤重金属污染事件频发,重金属污染土壤严重影响了食品安全和土地的安全利用,并有可能通过食物链危害人体健康。本研究以人为添加铅、铜试剂污染的杨凌区西卜村的农田土壤为研究对象,以两种修复剂:生物炭、生物炭/负载铁锰氧化物作为修复剂对目标土壤进行稳定化修复。通过对两种修复剂进行一系列表征分析,初步探讨其可能的修复机理。通过盆栽实验研究了两种修复剂对土壤pH、土壤重金属形态分布、小白菜生长状况、小白菜对重金属吸收状况及对小白菜叶绿素含量等指标的影响,评价了这两种修复剂对重金属污染土壤的修复效果,并通过参数间的相关性分析探讨可能的修复机理。主要实验结果如下:1.将生物炭与硫酸亚铁和氯化锰的水溶液混合,在高锰酸钾的作用下采用氧化还原共沉淀法制取铁锰氧化物改性生物炭。在BET、Zeta、FTIR等表征分析基础上,对改性生物炭表面结构进行了研究。通过Zeta电位分析可知,经改性后生物炭的等电点发生了变化;通过比表面积分析可知,改性后的生物炭表面有微粒聚集,比表面积从0.8805m~2/g增加到383.2137m~2/g;通过红外图谱分析可知,改性后生物炭在3400cm~(-1)处出现由O-H变形振动形成的吸收峰。2.两种修复剂的添加一定程度上提升了土壤pH。Pb污染土壤中,在小白菜生长的第15、30天,与空白处理相比,5%BO、3%BO处理中土壤pH提升最多;在小白菜生长的第45天,除3%FMBO、5%BO外,其余处理中土壤pH均低于空白处理。Cu污染土壤中,在小白菜生长的第15、30、45天,与空白处理相比,1%FMBO、5%FMBO、5%BO处理中土壤pH提升最多。3.除个别处理外,两种修复剂的添加都显著地降低了Pb、Cu污染土壤中危害较大的碳酸盐结合态的含量,并转化为更稳定的形态。Pb污染土壤中,在小白菜生长的第15、30、45天,与空白处理相比,3%FMBO、5%FMBO、5%FMBO处理降低碳酸盐结合态Pb的效果最好,分别降低99.09%、98.23%、98.98%,且主要转化为铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态、铁锰氧化物结合态和有机结合态Pb;Cu污染土壤中,在小白菜生长的第15、30、45天,与空白处理相比,三个时间段都在5%FMBO处理降低碳酸盐结合态Cu的效果最好,分别降低32.89%、27.23%、46.53%,且都主要转化为铁锰氧化物结合态和有机结合态Cu。在相关性分析中发现,在小白菜生长的第15、30、45天,除个别结果略有差别,其它处理中碳酸盐结合态态重金属Pb、Cu和土壤pH值之间存在显著地负相关关系,间接证明土壤pH的升高促进了土壤中铅、铜由不稳定的、活性高的形态向稳定的、活性低的形态转变。4.Pb、Cu污染土壤中,两种修复剂的添加显著的减少了小白菜对重金属Pb、Cu的吸收,一定程度上促进了小白菜的生长。Pb污染土壤中,在小白菜生长的第15、30、45天,与空白处理相比,3%BO、5%BO、3%BO处理中小白菜长势最好;Cu污染土壤中,在小白菜生长的第15、30、45天,与空白处理相比,3%BO、3%BO、1%BO处理中小白菜长势最好。两种修复剂适量的添加促进小白菜叶绿素的合成,抑制了Pb、Cu对小白菜的毒害作用。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53
【图文】：

孔径分布,生物炭,外观图,比表面积

图 3-1 改性前后生物炭的外观图Fig .3-1 Appearance of the figure of raw and modified biochar表面积（BET）分析物炭对土壤重金属的吸附性能的好坏取决于其比表面积的大小和孔径构分下，生物炭的比表面积越大，孔径分布越均匀，其在吸附反应中就可以提位点，对重金属的吸附效能越好。本次研究测定分析了生物炭、生物炭/种修复剂的比表面积和孔径的变化，为后面章节修复剂对土壤重金属的修提供理论指导。表 3-1 原生物炭和改性生物炭比表面积及孔隙度数据Table 3-1 BET characteristics of modified and pristine biochar试样比表面积（m2/g）总孔容（m3/g）平均孔径（nBO 0.8805 0.0007 29.915FMBO 383.2137 0.02305 32.4048表 3-1 中所示，生物炭（BO）的比表面积（BET）为 0.880461m2/g，总孔容3

曲线,生物炭,吸附等温线

图 3-2 生物炭及改性生物炭的吸附等温线图Fig.3-2 Nitrogen adsorption isotherms of modified and pristine biochar吸附等温线的形状不是一成不变的，它的形状取决于样品的孔隙结构（崔静洁2009）。由图 3-2 结合图 3-3 可以明显看出，未改性的生物炭符合 III 类等温线，这类温线在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点，在这种情况下吸附剂和吸附质的相互用比较微弱。经改性的生物炭符合 II 类等温线，由图 3-2 可以看出在较低的相对压力吸附量迅速上升，曲线上凸，继续增大压力，吸附量也增加，说明改性后的生物炭出少量大孔（张引枝和汤忠 1997）。

曲线,吸附等温线,类别,生物炭

图 3-2 生物炭及改性生物炭的吸附等温线图Fig.3-2 Nitrogen adsorption isotherms of modified and pristine biochar吸附等温线的形状不是一成不变的，它的形状取决于样品的孔隙结构（崔静洁等2009）。由图 3-2 结合图 3-3 可以明显看出，未改性的生物炭符合 III 类等温线，这类等温线在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点，在这种情况下吸附剂和吸附质的相互作用比较微弱。经改性的生物炭符合 II 类等温线，由图 3-2 可以看出在较低的相对压力下吸附量迅速上升，曲线上凸，继续增大压力，吸附量也增加，说明改性后的生物炭出现少量大孔（张引枝和汤忠 1997）。

【参考文献】