生物炭负载纳米零价铁修复铬污染土壤的研究

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随着铬盐生产、电镀、皮革等工业活动以及污水灌溉和施用污泥等农业活动的进行,重金属铬不断进入土壤中,严重污染土壤环境,因此,有效修复铬污染土壤迫在眉睫。近年来,纳米零价铁由于比表面积大、表面活性高和还原能力强等优点,已被广泛应用于铬污染土壤的修复中。但由于传统方法制备的纳米零价铁流动性能及稳定性能差,修复过程中会引起二次风险等原因限制了其在重金属铬污染土壤中的应用。为解决以上问题,本文在原有实验基础上对纳米零价铁进行改性,对拓展纳米零价铁在铬污染土壤的应用中具有重要意义。  本研究以生物炭颗粒作为负载材料,制各负载纳米零价铁(简称nZVI@BC),并将其应用于铬污染土壤的修复。在材料制备方面,主要对比了nZVI@BC与nZVI的稳定性能及流动性能。在土壤修复方面,研究了材料投加量和修复时间对铬修复效率的影响,同时考查了修复前后土壤中铬的生物可利用性。在土壤特性方面,通过探究土壤指标的变化,如pH值,有效铁,有机质,有效磷和水解性氮,来表征修复前后土壤特性变化。在植物幼苗生长实验研究中,通过探究修复前后土壤中芥兰的长势、生物量及各组织中的Cr和Fe的含量的变化,来评价修复后土壤的可耕作水平。另外,在第一部分实验室批量实验的基础上,通过盆栽实验探究修复材料在扩大规模实验中的可行性及实用性。  沉降实验及柱实验表明,BC∶nZVI=1∶1(质量比)复合材料稳定性能及流动性最好。实验室批量研究表明,8 g/kg nZVI@BC对铬污染土壤进行15d修复,能完全修复土壤中六价铬,且对土壤中总铬的稳定化率达到91.94%。nZVI@BC修复后土壤中六价铬及总铬的生物可利用性分别降低了75.1%和26.08%,SEP结果表明,修复后可交换态铬几乎全部转化成Fe-Mn氧化态(67.29%)和有机结合态(15.01%)。土壤特性研究表明,采用nZVI@BC修复铬污染的土壤,可减少nZVI修复引起的负效应,可有效提高土壤的肥效性。植物幼苗生长实验表明,nZVI@BC修复铬污染土壤能有效降低铬在植物体内的蓄积和迁移,及抑制植物对铁离子的过度蓄积,促进作物的生长发育及提高其生物量。盆栽实验结果表明了nZVI@BC对铬污染土壤进行扩大规模原位修复的可行性及实用性。
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