β-环糊精功能化材料修复铅及双酚A污染土壤的效能及机制研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:icqn2007
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土壤污染防治是全球范围内亟待解决的科学问题,其中重金属铅(Pb)和雌激素双酚A(BPA)是土壤污染中常见的两种污染物,其存在会对土壤和人类健康造成严重的威胁,因而探索修复Pb及BPA污染的方法迫在眉睫。在众多修复材料中,生物炭和海藻酸钠因其绿色环保的特性被广泛应用于Pb及BPA污染的修复过程。然而,未经改性的生物炭和海藻酸钠对于污染物的去除效果并不理想。β-环糊精由于其特殊的空腔结构被视为理想的改性剂之一,它亲水的外表面和疏水的内腔可以有效去除土壤中的Pb及BPA。本研究利用微波辅助法制备了β-环糊精功能化生物炭(BCMW-β-CD)及β-环糊精功能化磁性海藻酸钠(MSAMW-β-CD)两种修复材料,通过批量吸附试验探究了不同影响因素对两种材料吸附Pb及BPA效果的影响,并解析其对Pb及BPA的去除机制。此外,探究了MSAMW-β-CD对土壤中Pb及BPA的修复效能并对其重复再生性能进行了分析,主要研究内容及成果如下:(1)采用微波辅助一锅法可制得β-环糊精功能化生物炭(BCMW-β-CD)及β-环糊精功能化磁性海藻酸钠(MSAMW-β-CD)。探究了生物炭热解温度及合成方法对BCMW-β-CD吸附性能的影响;此外,探究了制备时间及磁性海藻酸钠与柠檬酸比例对MSAMW-β-CD吸附性能的影响。通过傅里叶红外光谱、X射线衍射分析等表征手段证实了β-环糊精成功接枝到生物炭与海藻酸钠上。(2)通过批量吸附试验对BCMW-β-CD及MSAMW-β-CD的吸附性能进行研究,结果表明:两种材料在较宽p H范围内对Pb(II)及BPA有稳定的吸附效果。BCMW-β-CD及MSAMW-β-CD对Pb(II)和BPA的吸附短时间内达到吸附平衡。BCMW-β-CD对Pb(II)及BPA吸附量为240.13和209.20 mg/g,而MSAMW-β-CD对Pb及BPA吸附量分别为369.03和208.36 mg/g。经过5次吸附解吸过程后,MSAMW-β-CD和BCMW-β-CD仍表现出良好的重复再生性能。(3)探究了MSAMW-β-CD对土壤中的Pb及BPA的修复效能,结果表明:MSAMW-β-CD在中性土壤中修复效果最佳。相较于其它修复剂,MSAMW-β-CD在不同土壤含水率条件下对Pb及BPA均显示出优秀的修复效果。此外,5%MSAMW-β-CD试验组修复效果明显优于1%及3%试验组。MSAMW-β-CD使土壤中Pb的不稳定组分下降了7.41%,顽固性组分上升了10.34%。此外,MSAMW-β-CD可从土壤中进行有效的磁性分离,经过3次循环再生后,MSAMW-β-CD可使土壤中污染物含量下降。(4)结合XPS等表征手段探究了BCMW-β-CD和MSAMW-β-CD对Pb及BPA的去除机制,结果表明:Pb与BCMW-β-CD的结合主要通过络合作用和静电作用,而BPA的消除主要通过主客体分子作用和π-π堆积作用。离子交换、孔隙沉积、络合作用与静电吸引均参与了MSAMW-β-CD对Pb的吸附;此外,MSAMW-β-CD通过主客体作用以及π-π堆积对BPA进行了固定。
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