【摘 要】
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随着工业和社会快速发展,锑矿被过度开采,导致锑过度积累在矿区周围环境中,危害环境,甚至进入食物链危及人类健康。为去除矿区周围水环境中的锑和保证矿区锑污染土壤的安全利用,本研究基于水相吸附和室内土培两个实验体系,探究新型炭基材料—纳米零价铁污泥生物炭对锑矿区污染的修复效果。通过XPS分析吸附前后锑的价态变化,阐明纳米零价铁污泥生物炭（nZVI-BC）对水相中锑的去除机制。基于土壤性质和土壤中锑形态含
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随着工业和社会快速发展,锑矿被过度开采,导致锑过度积累在矿区周围环境中,危害环境,甚至进入食物链危及人类健康。为去除矿区周围水环境中的锑和保证矿区锑污染土壤的安全利用,本研究基于水相吸附和室内土培两个实验体系,探究新型炭基材料—纳米零价铁污泥生物炭对锑矿区污染的修复效果。通过XPS分析吸附前后锑的价态变化,阐明纳米零价铁污泥生物炭（nZVI-BC）对水相中锑的去除机制。基于土壤性质和土壤中锑形态含量变化,探究其稳定化效果。主要结论如下:（1）EDS、FTIR和XRD表征分析显示,铁含量由4.18%增加至17.76%,并探测到Fe~0（031）晶面,因而推测,Fe被成功负载在生物炭表面。SEM和BET表征分析发现,nZVI-BC的比表面积由12.1 m~2·g-1增大至38.93 m~2·g-1,其孔结构得到改善,吸附位点增多。在理论上,nZVI-BC比污泥生物炭（BC）具有更强的去除污染物能力。（2）nZVI-BC和BC对锑的吸附是由単分子层和双分子层吸附协同控制,拟合最大吸附量分别为15.53 mg·g-1和45.06 mg·g-1。nZVI-BC对锑的吸附是吸热反应;BC对锑的吸附是放热反应。nZVI-BC对锑的吸附速率更快,在60 min达到吸附平衡。其它离子影响下(H2PO4-、CO32-、Ac-和S2-),nZVI-BC对Sb的吸附稳定性强于BC。nZVI-BC在吸附-解吸循环三次和重复吸附4次后,锑的去除率均在80%左右。（3）nZVI-BC通过·O诱导Sb（Ⅲ）氧化,同时与·OH或·O结合形成氧阴离子（Sb O3-/Sb（OH）6-）,进而与nZVI-BC表面的Fe（Ⅲ）-O结合,从而使Sb（Ⅲ）/Sb（V）被吸附在nZVI-BC表面。（4）nZVI-BC的加入,导致土壤阳离子交换量（Cation exchange capacity,CEC）降低,土壤过氧化氢酶活性（Soil catalase,S-CAT）增强。CEC降低是因为BC为土壤中其它阳离子提供位点,以供其和以阴离子形式存在的Sb结合,形成稳定的化合物。此外,S-CAT增强有利于减弱nZVI-BC对植物的毒害作用。故可得,BC能减缓nZVI对植物的毒害作用。（5）nZVI-BC使土壤锑的稳定性增强。土壤可交换态锑占比减少,而土壤铁锰氧化物结合态锑占比增加,有助于土壤锑的稳定化。培养56天后,nZVI-BC使可交换态Sb百分比含量由15%降低至2%。此外,BC对种子萌发和植物生长表现出促进作用;黑麦草对Sb的富集系数由0.46降低至0.21;牛膝菊的富集系数由0.26降低至0.17。这说明BC能降低Sb的生物有效性,弱化植物对锑的富集能力,降低锑危害人类的风险。
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