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生物炭具有良好的理化性质和结构,被广泛应用于土壤重金属污染修复领域。但是环境的老化作用可能会导致生物炭的性质发生改变,从而影响生物炭对重金属的修复效果。本研究以清洁区(红壤)和重金属污染区(九牛和水泉)种植的巨菌草茎所制备的生物炭为研究对象,通过干湿交替(DW)和冻融循环(FT),首先采用Boehm滴定,FTIR、SEM及XPS表征考察老化前后的生物炭表面结构和组成的变化,以及老化作用对生物炭吸附铜(Cu)和镉(Cd)的影响;其次,探究老化作用对生物炭已吸附Cu和Cd的稳定性的影响;最后考察老化作用对生物炭钝化土壤重金属活性的影响,以此来探究生物炭长期应用的环境风险。主要研究结果如下:1.老化后三种生物炭的pH显著降低了 0.05～0.93个单位。Boehm滴定结果表明,老化作用增加了三种生物炭表面酸性官能团,如老化后的水泉生物炭的内酯基和酚羟基显著增加。FTIR分析表明,老化作用增加了三种生物炭表面含氧官能团的种类和数量。SEM结果显示,老化后的生物炭表面的孔道整体上没有显著的变化,但生物炭表面发生了局部断裂,变得更加粗糙。同时XPS分析表明,老化后三种生物炭产生了更多羧基官能团和酯类基团。老化作用显著促进三种生物炭对Cu的吸附,较老化前,老化后的三种生物炭对Cu的吸附量显著增加了24.7%～94.3%;老化作用对生物炭吸附Cd存在一定抑制作用,其中冻融后的水泉、九牛和红壤生物炭对Cd的吸附量分别显著降低了 25.8～34.4%、24.9%和20.2%。2.老化作用显著增加饱和吸附Cu和Cd的三种生物炭表面的酸性官能团数量,其中老化后三种生物炭的羧基数量增加16.6%～78.7%。干湿和冻融分别使三种生物炭中TCLP-Cu的含量显著降低43.2%～61.1%和13.7%～28.2%,促进酸溶态和残渣态Cu向中间形态Cu转变,且Cu的风险评价指数(Risk assessment code,RAC)分别显著降低50%～69%和15%～31%,促进Cu的进一步稳定化。老化后三种生物炭中Cu的风险水平为:红壤>水泉>九牛。干湿和冻融分别导致三种生物炭中TCLP-Cd显著增加9.15%～206%和34.1%～220%,导致残渣态Cd向酸溶态和中间形态Cd转变,Cd的RAC指数分别显著增加113%～661%和223%～807%,活化了三种生物炭中的Cd,三种生物炭中Cd受老化作用影响导致风险增加趋势为:红壤>水泉=九牛。可见,老化作用促进三种生物炭已吸附Cu的进一步稳定,但导致已吸附Cd活性增加。3.三种生物炭分别以2%、5%和10%比例施加污染土壤中,均能够有效增加土壤pH,pH增加了 0.32～4.50个单位,且施加量与pH大小成正比。生物炭使污染土壤中酸溶态Cu的含量显著降低18.6%～57.6%,且施加量与降低效果呈正相关。老化过程有助于三种生物炭降低土壤中酸溶态的Cu,其中较空白对照,酸溶态Cu显著降低26.1%～77.6%,可还原态显著增加15.4%～75.0%;三种生物炭的施加均会增加酸溶态Cd的含量,且施加量越高增加效果越明显,尤其是水泉生物炭,5%和10%处理酸溶态Cd分别显著增加21.5%和41.3%。老化作用有助于降低土壤中酸溶态Cd,但相较于空白对照,SB及JB仍活化了土壤中的Cd,其中5%SB、10%SB及10%JB的酸溶态Cd分别显著增加了 24.1%、37.7%及15.7%,而2%HB和10%HB的酸溶态Cd反而显著性降低了 19.9%和13.3%。RAC分析表明,较水泉和九牛生物炭,红壤生物炭用于钝化土壤中Cu和Cd的环境风险较低,可能与其内源污染物含量较低有关。图[36]表[11]参[188]