基于掺锰水铁矿复合材料对土壤砷镉污染修复的研究

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同时去除土壤中的砷(As)和镉(Cd)一直是一个备受关注的问题。在常用的As、Cd污染处理方法中,吸附被认为是高效、经济、操作简单、环境友好的污染处理技术。近年来,铁、锰复合氧化物由于其对As、Cd良好的亲和性与高选择性,具有作为As、Cd吸附剂的潜力而受到人们广泛的关注。因此,探究了在不同的土壤组分条件下掺锰水铁矿(Mn-Fh)对土壤As、Cd的去除作用;针对Mn-Fh粉末难以从土壤中回收再利用的问题,制备了Mn-Fh/Cell/PVA复合膜以及Mn-Fh/SA/PVA复合水凝胶,对其进行结构表征及吸附性能的测试;以Mn-Fh为主要原料制备了Mn-Fh土壤改良剂,并将其应用于水稻盆栽实验以及田间分区实验,得到的研究结果如下:(1)通过向土壤中添加SiO2、Al2O3、Fe2O3调节土壤中三者含量比例,以此研究所制备的Mn-Fh粉末在不同的土壤组分条件下对As、Cd的去除效果。结果表明,Mn-Fh对土壤pH没有影响,在实验过程中无铁、锰溶出,对环境友好。Mn-Fh在不同的土壤组分条件下对As、Cd均有良好的去除效果,对有效态As、Cd的稳定化效率最高分别达到42%与51%;同时,Mn-Fh能够改变土壤中As、Cd的形态分布,使各结合态As、Cd在土壤培养过程中逐渐向残渣态进行转化,起到了同时钝化As、Cd的效果。(2)基于Mn-Fh粉末对土壤中As、Cd污染的高效去除作用,将其负载于支撑材料,制备了Mn-Fh/Cell/PVA复合膜与Mn-Fh/SA/PVA复合水凝胶两种新型的As、Cd吸附剂,对其结构性能进行表征,并测试了其对As、Cd的吸附性能。结果表明,Mn-Fh/Cell/PVA复合膜与Mn-Fh/SA/PVA复合水凝胶具备优秀的机械性能,能够轻易与土壤分离、成本低、环境友好,且具有良好的重复使用性。Mn-Fh/Cell/PVA复合膜对As、Cd的最高吸附量分别达到72.1 mg/g与11.1 mg/g;Mn-Fh/SA/PVA复合水凝胶对As、Cd的最高吸附量分别达到32.0 mg/g与23.0 mg/g。这些特性使得Mn-Fh/Cell/PVA复合膜与Mn-Fh/SA/PVA复合水凝胶在同时去除土壤As、Cd污染的应用中有实用价值。(3)制备了Mn-Fh土壤改良剂应用于水稻盆栽实验与田间分区实验。盆栽实验中不同的Mn-Fh土壤改良剂施用方案下,稻谷的As含量最高降低53%、Cd含量最高降低94%,且第二年种植的水稻As、Cd含量稳步下降。田间分区实验中施加Mn-Fh改良剂对土壤有效态As最高降低了30%,有效态Cd最高降低了42%。水稻的根、茎、叶、种子As含量最高降低了64%、65%、67%、62%,Cd含量最高降低了75%、78%、78%、76%。总体而言,Mn-Fh土壤改良剂可以有效抑制水稻植株对As、Cd的吸收,是一种高效、经济、环境友好的新型土壤改良剂。
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