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离子型稀土资源开采利用导致了矿区及周边土壤的严重污染,严重威胁区域农产品安全和人体健康。基于生物炭在污染土壤修复领域巨大的应用潜力,选择两类典型的生物质废弃物(污泥和稻壳)作为原料制备生物炭修复材料,分析原料类型和热解条件对生物炭理化性质的影响,筛选出对稀土元素吸附固定效果最佳的生物炭应用于污染土壤的修复,系统的研究了生物炭对污染土壤理化性质,稀土元素形态、迁移性和生物有效性的影响,得到以下主要结论: (1)原料组成是决定生物炭材料的重要因素,稻壳生物炭的比表面积和孔体积随着热解温度的升高而增加,700℃时其比表面积为366.97m2/g。污泥中无机矿物含量高,污泥生物炭的灰分含量高于稻壳生物炭,热解过程无机灰分的附着和堵塞孔道,最大比表面积仅为19.34m2/g。稻壳生物炭表面官能团以有机含氧官能为主,污泥生物炭除有机含氧官能团外,无机矿物形成了硅酸盐、磷酸盐、碳酸盐等基团。吸附实验表明,400℃的污泥生物炭对稀土离子吸附能力最大,500℃的稻壳生物炭对稀土离子具有最大吸附能力,稻壳和污泥生物炭对 La、Ce、Y、Eu的吸附符合Langmuir等温吸附模型,吸附动力学过程符合准二级动力学模型,吸附能力与其吸附活性位点的数量成正比。 (2)稻壳生物炭(RHB500)和污泥生物炭(SSB400)的施入土壤,显著改善了污染土壤的理化性质,稻壳生物炭将土壤pH提升到6.3,污泥生物炭将土壤pH的提升到5.65,生物炭自身的碱性是增加土壤pH的重要的因素。两种生物质炭均有效降低土壤交换性酸,提高土壤阳离子交换量和缓冲能力。RHB500和SSB440的施入有效地降低了土壤稀土元素的酸可提取态含量,使其转化为可还原态和可氧化态。生物炭的施入提高土壤对酸雨的缓冲能力,降低酸雨对土壤中稀土元素的淋滤,减缓稀土元素在酸性淋溶作用下的迁移性。 (3)植物栽培实验表明,污泥和稻壳生物炭能够提升污染土壤有机质、碱解氮、速效钾和有效磷的含量,有助于植物的生长。生物炭的施入有效的降低了稀土元素的有效态含量和生物有效性,显著降低了茼蒿和胡萝卜对稀土元素的富集量,但连续栽培实验结果也表明,尽管生物炭的添加使土壤中稀土元素酸可提取态含量持续降低,但第二轮春季胡萝卜可食部分稀土含量高于第一轮秋季,由此可以看出生物炭对污染土壤中稀土元素生物有效性的影响,不仅与生物炭性质、植物种类相关,也与和修复时间相关。