不同钝化材料对重金属钝化稳定性机理研究

发布时间：2018-05-26 04:52

本文选题：钝化材料 + 重金属　；参考：《山东师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：工业化发展迅速的今天,我国土壤重金属污染问题日益严重,随着“土十条”的颁布,如何修复重金属土壤污染受到广泛关注。与已有的传统修复方法相比,原位钝化修复技术操作简便、价格经济,也更加适合我国土壤重金属污染以中、低污染为主的特点。而原位钝化修复技术成功的关键是,选择一种性能良好、高效、经济、环境友好型的钝化材料。原位钝化修复技术是通过改变重金属的富存形态,进而将其固定在钝化剂上。土壤环境的变化将导致重金属存在再次释放到土壤中的风险,因此追求土壤重金属钝化去除效率的同时,钝化材料与重金属离子的钝化稳定性不容忽视。本文以黑碳、膨润土、二氧化钛对原材料,分别通过氧化、接枝、包覆三种方法进行改性修饰,依次制备改性黑碳、有机膨润土和Fe_3O_4@TiO_2-GO复合材料;通过吸附等温线和吸附动力学实验,比较不同钝化材料对重金属离子的钝化效果;通过吸附热力学、吸附-解吸实验,探究不同钝化材料对重金属离子的钝化稳定性机理;通过钝化剂包施土培实验,验证改性黑碳在土壤-植物系统中对土壤重金属离子的钝化去除效果及钝化稳定性,为钝化剂的实际应用提供了理论依据。本文的主要研究结果如下:(1)通过氧化、接枝、包覆三种方式分别制备改性黑碳、有机膨润土、Fe_3O_4@TiO_2-GO有机无机复合材料,通过SEM、TEM、EDS、FTIR等表征手段发现,改性黑碳表面粗糙,内部形成多孔隙结构,表面氧化修饰有-NO_2等含氧官能团;有机膨润土表面粗糙、凹凸不平,且接枝上了有机官能团;Fe_3O_4@TiO_2-GO有机无机复合材料,以Fe_3O_4为内核TiO_2为外壳的核壳结构,外侧包覆一层GO,TiO_2外壳厚度可通过Fe_3O_4/TiO_2前驱体的摩尔比进行有效调控。(2)改性黑碳对重金属的饱和吸附量最大,可作为重金属吸附的最佳钝化剂;有机膨润土对重金属的吸附速率提高较快,适用于对吸附速率要求较高的含重金属废水处理;FTG复合材料具有磁性和光催化作用,更适于含难降解有机物的废水处理。改性黑碳对重金属离子Cu2+和Cd2+的最大吸附量分别为23.42和35.59 mg·g-1,其吸附动力学曲线符合拟二级动力学模型;有机膨润土对重金属离子Cu2+和Cd2+的最大吸附量分别为11.21和10.30 mg·g-1,其吸附动力学曲线符合拟二级动力学模型;FTG复合材料对重金属As(III)的吸附等温线符合Langmuir模型,最大吸附量为8.57 mg·g-1,FTG对恩诺沙星的最大吸附量为5.3mg·g-1,且在可见光下90 min即可将其完全催化降解。(3)有机无机复合材料对重金属离子的吸附以化学吸附为主,而无机材料对重金属离子的吸附以物理吸附为主,有机无机复合材料对重金属的钝化稳定性更好。Cu2+在改性黑碳表面的吸附形态呈现,离子交换作用螯合作用物理作用;Cd2+在改性黑碳表面的吸附形态呈现,螯合作用离子交换作用物理作用。改性黑碳对重金属的钝化机理主要分为静电吸附、螯合作用和微孔捕获三种。Cu2+在有机膨润土上的结合形态呈现,螯合作用物理作用离子交换作用;Cd2+在有机膨润土上的结合形态呈现,螯合作用离子交换作用物理作用。有机膨润土对重金属的钝化机理主要分为离子交换作用、螯合作用和微孔捕获三种。(4)施加MBC后,土壤中有效态重金属的含量均有降低,并均达到显著水平,比较发现MBC在Cu(或Cd)-MBC-Indian mustard土壤-植物系统中钝化效果最好。MBC对土壤中重金属Cu2+和Cd2+的吸附发生在21天后,且随着暴露时间延长,累积吸附量增多,到56天后仍未到达饱和吸附。在不同植物-土壤系统中,Cu2+的CaCl2解析态占总解吸量的百分比集中在50%左右,Cd2+的CaCl2解析态占总解吸量的百分比均集中在20%以下,MBC对土壤中Cd2+的钝化稳定性更好。(5)通过植物根尖SEM和超薄切片TEM分析,植物根部受到重金属Cu2+和Cd2+污染后,植物根尖表面粗糙、皱缩且发生部分断裂,根尖细胞收缩、形状不规则、排列杂乱,细胞壁变厚、细胞器空泡化、发生质壁分离,且重金属对印度芥菜根部的损坏程度远大于黑麦草,表明不同类型植物的解毒机制不同;施加MBC炭包后植物根部表面光滑平坦,没有明显的结构损伤,细胞壁变薄、原生质体和细胞器基本正常,表明MBC可有效改善重金属对植物的毒性效应。
[Abstract]:In this paper , the passivation effect of different passivation materials on heavy metal ions is studied by means of oxidation , grafting and coating . ( 5 ) Through TEM analysis of root tip SEM and ultrathin section of plant , the root of plant was polluted by heavy metal Cu 2 + and Cd 2 + . The root tip surface was rough , wrinkled and partially broken , root tip cells contracted , irregular shape , disordered arrangement , thickened cell wall , vacuolization of organelle and separation of cytoplasm wall , and heavy metal had no obvious structural damage to the root surface of Indian mustard . The cell wall became thinner , protoplast and organelle were basically normal , indicating MBC could effectively improve the toxic effect of heavy metals to plants .
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X53

【参考文献】