硅藻土/蛭石改性生物炭的制备及其对土壤镉铅污染的钝化效应

来源 :河南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:javajava2010
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
土壤是地球生态系统的重要组成部分,为人类及各种生物提供了赖以生存的物质基础,与人类生存环境息息相关。近年来随着社会经济的发展,土壤重金属污染日益严重,已严重危害人体健康,土壤重金属污染治理已经到了刻不容缓的地步。生物炭因其独特的理化性质,常被当做改良剂和钝化剂施加到受污染的土壤中。然而,由于普通生物炭存在固定效果不确定、养分含量低等问题,限制了其大面积推广应用。在此背景下,具有多重环境效益的改性生物炭材料日益受到关注。本研究以玉米秸秆、重过磷酸钙、硅藻土(蛭石)、KOH和尿素为原料制备纯炭Bx、硅藻土改性生物炭d B5PNx和d B10PNx;经过KOH溶液浸渍的纯炭KBx、硅藻土改性生物炭d KB5PNx和d KB10PNx以及蛭石改性生物炭v KB5PNx和v KB10PNx。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、元素分析、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、比表面积及孔径分析(BET)等现代化手段,系统地研究了不同改性方法、不同热解温度、不同原料配比下制备的生物炭材料的理化性质和微观形貌及组成。基于室内钝化培养实验,通过分析不同钝化时间内土壤中Cd、Pb有效态及赋存形态变化,评价生物炭材料对土壤中Cd、Pb的钝化效应。主要结论如下:(1)生物炭材料的理化性质分析表明:与纯炭Bx相比,经硅藻土、重过磷酸钙改性后的生物炭材料d B5PNx和d B10PNx比表面积显著增大,官能团含量增加;在碱性条件下经硅藻土(蛭石)、重过磷酸钙改性后的生物炭材料d KB5PNx、d KB10PNx、v KB5PNx与v KB10PNx出现更多的官能团,如N-H、PO43-、Si-O-Si和Si-H等官能团,且比表面积相比未碱改性的生物炭材料明显增大。纯炭及改性生物炭材料的p H值随温度的升高逐渐增大,表面含氧官能团和平均孔径随温度升高逐渐减小;而比表面积随温度升高明显增加。(2)硅藻土改性生物炭对土壤中Cd的钝化效应研究表明:施加生物炭材料后降低了土壤中Cd有效态含量,促进了其从弱酸态向残渣态的迁移转化。生物炭材料对土壤Cd的钝化效果整体表现为:d KB10PNx>d KB5PNx>KBx>d B5PNx>d B10PNx>Bx;其中,d KB10PNx对重金属Cd有效态的钝化率高达24.22%;不同热解温度条件下制备的生物炭材料对土壤中Cd的钝化效果整体表现为:热解温度为600℃、750℃时制备的生物炭材料优于热解温度为300℃、450℃时制备的生物炭材料;投加量对生物炭材料钝化Cd的效果整体表现为3%>1%>0.1%。机理分析表明:引入硅藻土和重过磷酸钙后,与纯炭Bx相比改性生物炭d B5PNx和d B10PNx比表面积增大,官能团含量增加,对土壤中Cd的钝化效果增强;碱性条件下改性生物炭d KB5PNx和d KB10PNx与未碱改性的生物炭材料相比官能团的特征峰更加明显,p H值、比表面积增大。更利于与土壤中Cd2+形成氢氧化物、碳酸盐或磷酸盐沉淀,降低其生物可利用性。(3)硅藻土改性生物炭对土壤中Pb的钝化效应研究表明:施加生物炭材料后重金属Pb有效态含量减少,生物可利用性降低。生物炭材料对土壤中Pb的钝化效果整体表现为:d KB5PNx>d KB10PNx>KBx>d B5PNx>d B10PNx>Bx,其中d KB5PNx对有效态Pb的钝化率高达26.84%;不同热解温度条件下制备的生物炭材料对土壤中Pb的钝化效果表现为:整体上随温度的升高而增加;投加量对生物炭材料钝化土壤Pb表现为:3%>1%>0.1%。机理分析表明:施加生物炭材料后土壤Pb有效态的含量下降显著,但其赋存形态的迁移转化规律却不明显,主要是因为重金属Cd2+、Pb2+存在吸附竞争关系,吸附点位首先被Cd2+占据,对Pb2+的吸附钝化主要以表面吸附为主,所以重金属Pb有效态含量降幅较大,但却没有生成稳定的络合物或配合物,未能显著促进其从弱酸态向残渣态的迁移转化。(4)蛭石改性生物炭对土壤中Cd的钝化效应研究表明:纯炭KBx、蛭石改性生物炭v KB5PNx和v KB10PNx对土壤Cd的钝化效果为:v KB5PNx>v KB10PNx>KBx,其中v KB5PNx对有效态Cd的钝化率高达27.52%,但其生物可利用性降低效果却不显著。(5)蛭石改性生物炭对土壤中Pb的钝化效应研究表明:与纯炭KBx相比,改性生物炭v KB5PNx和v KB10PNx在不同配比、不同时间、不同投加量条件下对重金属Pb有效态具有较高的钝化效果,且促进了Pb从可还原态向残渣态的迁移转化;其中,v KB5PNx处理中土壤Pb有效态含量降低27.24%。碱性条件下蛭石改性生物炭的比表面积大,官能团含量增加、p H值升高,更利于将土壤中Pb转化成稳定的残渣态。综上所述,碱性条件下制备的硅藻土改性生物炭d KB5PNx和d KB10PNx对土壤中Cd的钝化效果最佳。d KB10PNx处理中土壤Cd生物可利用性降低12.75%,有效态含量降低24.22%;投加d KB5PNx后土壤中Cd生物可利用性降低11.42%,有效态含量降低26.39%。蛭石改性生物炭v KB5PNx和v KB10PNx对土壤Pb的钝化效果最佳,v KB5PNx处理中土壤中Pb生物可利用性降低11.77%,有效态含量降低27.24%;v KB10PNx处理中土壤Pb生物可利用性降低11.16%,有效态含量降低29.67%。
其他文献
改革开放后,中国的工业化进入了快速发展时期,在工业化过程中,乡村非农业劳动人口逐渐向工业化迅速发展的县城、乡镇、村庄流动、迁移、再聚集。人口的集聚、乡镇工业企业的发展则打破了乡村原有封闭和稳定的社会、经济及空间结构,引起乡村地理空间的改变。聚落作为地理空间的基本表现形式,其规模在快速工业化的影响下呈现出剧烈变化。分析快速工业化下乡村聚落规模时空演变的特征,探究工业化与乡村聚落时空演变之间的一般关系
学位
关于植物叶片,非结构性碳水化合物(Non-structural carbohydrate,NSC)及其各组成部分,包括淀粉(Starch)与可溶性糖(Soluble sugar,SS)。其指标含量不仅是组成细胞结构的主要成分,而且还是植物新陈代谢发育的主要供能物质。其含量的变化能够反应一个区域植物的碳供应和碳消耗的平衡状态,而且间接反映出NSC在植物体内的动态分变化。基于该研究背景,本研究从北至南
学位
河流-地下水的交互作用是流域生态学的研究热点。近年来在自然因素和人类活动的双重影响下,河流-地下水系统更加趋于复杂。大坝作为人类有意识地改变流域生态系统的实践,改变了流域的水文格局和水文过程。小浪底大坝是我国已建成的第二大水利枢纽工程,在满足人们需求的同时,也改变了黄河下游水文格局和过程。研究小浪底大坝影响下河流-地下水系统的相互关系,阐明小浪底大坝影响下不同水位和河床渗透性对黄河侧渗的影响,具有
学位
森林是陆地生态系统的重要组成部分,凋落物和林下植被不仅为广大生物提供了栖息地,更重要的是,它们在维持地上、地下生物多样性和生态系统养分循环方面发挥着重要作用。为了保证乔木更好的生长,凋落物和林下植被去除常作为传统森林管理措施。但是,凋落物和林下植被去除会改变土壤微气候条件、降低土壤养分循环、抑制土壤生物生长,对土壤生态系统产生负面影响。蚂蚁是土壤生物的重要组成部分,除了对生物多样性的巨大贡献外,还
学位
森林通常表现出较大的生物和结构复杂性,它们覆盖了地球陆地表面约30%的面积,却蕴藏着80%的陆生动植物。其中,植物在陆地生态系统的养分循环和能量流动过程中扮有重要角色,其同时也对土壤生物及其生态功能产生深远的影响。源自植物的碎屑(如凋落物和死根)以及根系分泌物等是土壤食物网的主要食物,其质量和数量的变化有可能影响土壤食物网中的土壤生物。可见不同植物来源碳输入与土壤生物的食物获取和资源利用密切相关。
学位
初中语文教师开展单元教学,要积极整合单元内容,解读单元主题,寻找单元文章的共通之处,调动学生的学习积极性,站在单元的角度思考文章,将单元文章串联起来减轻学生的学习压力,帮助学生构建语文知识框架,为学生学科核心素养的提升创造有利的条件。分析初中语文单元教学设计现状,探索单元教学设计的展开路径,有助于提高单元教学的有效性。
期刊
城市建设用地土地承载着城市第二、三产业的经济活动,是城市发展过程中经济活动最为活跃的土地利用类型。城市土地利用效率是指城市系统与土地利用系统间耦合水平的直接体现,也是衡量土地产出能力及区域发展质量的关键指标。从生态效率演化而来的土地利用生态效率测算,成为土地资源可持续利用的重要评估方法。因此,通过分析城市土地利用生态效率的静态和动态的变化,探索其空间全局演进轨迹以及关键影响因子可以为新型城镇化进程
学位
土壤是全球陆地生态系统中最大的碳库。土壤有机碳在全球碳循环过程和陆地生态系统各方面的基础功能中起着至关重要的作用。深层土壤有机碳的储量很大,是全球碳循环的关键组成部分,深层古土壤有机碳的分解和稳定性也可能影响大气中CO2浓度的动态,进而对全球气候变化产生重要影响。我国有大量的沙地分布,但目前对我国沙地深层古土壤有机碳在长时间尺度下的特性和分解过程的研究很少。在我国北方四大沙地(毛乌素沙地、浑善达克
学位
薄膜梯度扩散技术(Diffusive Gradients in Thin Films Technique,DGT)是一种近年来快速发展的被动采样技术,已被广泛应用于土壤、沉积物、水体等多种环境介质中测定重金属有效态。但是,目前DGT技术在应用过程中,样品的前处理条件还未统一。为了确定DGT技术最适合土壤重金属测定的前处理条件,本文以河南省不同区域的农田土壤为研究对象,利用盆栽模拟实验来研究粒径、含
学位
小浪底大坝是一座以防洪、减淤、防凌为主,兼顾发电、灌溉、供水的综合性水利工程。小浪底大坝的运行改变了下游黄河天然的径流模式,塑造了全新的水沙关系,同时也对黄河中下游农业景观格局与农业生产实践产生新的影响。因此,研究小浪底大坝运行前后其下游水沙情势的变化特征,阐明黄河下游农业景观格局与农业生产实践对小浪底大坝水沙调节变化的响应,对发挥地区农业生产潜力,构建可持续的农业景观格局具有重要意义。本研究以小
学位