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随着土壤重金属污染日益加剧,对土壤重金属污染的治理已成为当前研究的热点。生物炭具有高比表面积、孔隙率和离子交换能力,可以吸附重金属,其作为改良剂修复重金属污染土壤具有可行性。本文以松木为原料在300、500、700℃制备生物炭P-300、P-500、P-700,用元素分析、比表面积、傅立叶红外光谱、电镜扫描、CEC等表征其结构特征。在铅(Pb)和镉(Cd)污染土壤中添加生物炭培养60d后,研究Pd、Cd化学形态、毒性浸出量以及淋溶特性的变化,探讨生物炭结构特征与固定重金属机理之间的关系,分析生物炭修复重金属污染土壤的可行性。主要得到以下结论:①热解温度调控生物炭表面与结构特征,进而影响其吸附性能及作用机制。比表面积、孔隙率、CEC及含氧官能团含量等随热解温度的升高呈非直线关系。生物炭的比表面积在300℃~500℃之间发生突变,P-500、P-700的比表面积比P-300(仅为1.32m~2/g)分别增加了287.16倍(达到379.05m~2/g)、343.25倍(达到453.19m~2/g);P-300、P-500和P-700均具有多孔结构;300℃生物炭的CEC最小,但是升高到500℃和700℃时就相差无几;酸性官能团在300℃时最多;P-300、P-500、P-700表面均呈负电性,适合吸附重金属离子,P-300的吸附能力可能最强。②添加生物炭能够不同程度地提高重金属污染土壤的pH值,并且随热解温度的升高而升高。无论在单一污染还是在复合污染中,生物炭都能降低Pb、Cd的酸可提取态含量,因而降低重金属的生物有效性,对重金属表现出很好的固定效果。生物炭的热解温度越高,固定效果越好。Pb在复合污染中的固定效果优于单一污染,而Cd的固定效果与此相反。这是因为复合污染中Pb、Cd之间存在对生物炭吸附点位的竞争,而生物炭对Pb的吸附速率和吸附亲和力均大于Cd。③与对照相比,添加生物炭后,土壤中Pb、Cd的毒性浸出量降低,降幅分别为7.22%~36.90%、9.88%~30.86%,其中添加P-700降低浸出液中重金属浓度的效果最好。各处理的毒性浸出液中重金属浓度皆低于美国环境保护局危险废物浸出毒性鉴别标准值(Pb为5.0mg/L,Cd为1.0mg/L)。用模拟酸雨(pH4.5)对处理后的土壤进行淋溶,淋出液的pH值均高于淋溶液,说明各处理土壤表现出缓冲性能。与对照(CK)相比,添加生物炭的土壤淋出液中重金属累积淋出量均减少,其中P-700的效果优于P-300。其中Pb的淋出量随淋溶次数的增加而减少,Cd的淋出量随淋溶次数的增加先增加再减少。④P-300比表面积和孔隙率很小,物理吸附较弱;表面极性官能团较多,与金属离子之间产生的静电引力较强,因此其固定重金属主要依靠静电相互作用力。随着温度的升高,生物炭表面极性官能团含量降低,比表面积和孔容增大,因此P-500和P-700对金属的固定主要由金属离子扩散控制。