【摘 要】
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土壤重金属污染对人体健康及生态环境构成极大威胁,有效解决我国重金属土壤污染问题意义重大。在众多重金属污染修复技术中,钝化修复技术具有操作简便、快速、有效等优点,寻求绿色、高效、长期稳定的钝化材料是该技术推广应用的关键。本文利用具有抗生物降解性和重金属吸附固定性能的木质素与南方红壤典型矿物铁氧化物通过共沉淀法复合,制备木质素-铁氧化物复合材料(GLS),在多种手段对其进行表征的基础上,考察了GLS对
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土壤重金属污染对人体健康及生态环境构成极大威胁,有效解决我国重金属土壤污染问题意义重大。在众多重金属污染修复技术中,钝化修复技术具有操作简便、快速、有效等优点,寻求绿色、高效、长期稳定的钝化材料是该技术推广应用的关键。本文利用具有抗生物降解性和重金属吸附固定性能的木质素与南方红壤典型矿物铁氧化物通过共沉淀法复合,制备木质素-铁氧化物复合材料(GLS),在多种手段对其进行表征的基础上,考察了GLS对土壤中Cd、Pb的钝化性能及机理。(1)以吸附量为指标,优化了复合材料GLS共沉淀法制备条件。结果表明,当p H=13,老化时间为60小时,老化温度为90℃,木质素比例为10%时,复合材料(GLS10)对Cd2+和Pb2+的最大吸附量可达49.87和120.24 mg/g。随木质素比例增加,GLS由晶型结构向弱晶型或非晶型转化,形成由纳米颗粒团聚成的团块;比表面积、总孔体积和C/Fe也随之增大。GLS10的比表面积、总孔体积和C/Fe比分别为335.20 m2/g,0.30cm3/g和3.52。酸性溶液震荡稳定性评价表明,GLS10比铁氧化物(GLS0)具有更好的耐酸性。(2)GLS10对Cd2+、Pb2+的吸附性能有较宽的p H范围适应性,并符合准二级动力学过程,起始吸附速率分别为GLS0的17.60倍和3.61倍。Langmuir和Freundlich等温吸附模型拟合得到GLS10对Cd2+和Pb2+的最大单层吸附量分别为68.03~77.52 mg/g和152.73~178.57 mg/g。Cd2+和Pb2+在GLS10上存在竞争吸附,分别符合Extended Freundlich模型和Extended Langmuir模型,Pb2+对Cd2+的吸附过程抑制作用更大。Cd2+和Pb2+通过与GLS10表面羟基以及C-OH结合形成Cd-O和Pb-O吸附在GLS10上。(3)土壤中Cd、Pb的迁移率因子(IM)值随着GLS10投加量的增加而迅速降低,当投加量为5%时,Cd、Pb的IM值分别下降了49.37%和80.90%。同时土壤有机质含量、阳离子交换量、铵态氮、有效磷和速效钾的含量提高。3%的投加量下,GLS10使土壤中Cd、Pb的IM值在120天后,分别下降了58.94%和78.15%,下降幅度约为GLS0的5倍。酸雨淋溶条件下,IM值仍保持下降趋势,钝化效果具有一定的稳定性。(4)采用Zeien-Brümmer六步连续分级提取法研究土壤样品中Cd、Pb形态分布与转化的结果表明,GLS10使土壤中易溶态和可交换态Cd、Pb转化为有机结合态与无定型羟基铁结合态,也会影响锰氧化物结合态的转化行为。投加量为5%时,土壤中易溶态和可交换态Cd、Pb的占比分别下降17.10%、0.24%和12.21%、23.20%。GLS10更高的吸附性能使土壤中易溶态Cd、Pb下降幅度比GLS0大。3%的投加量下,GLS10能使易溶态Cd、Pb快速地转化,分别在15天和30天的时候达到平衡,同时也能促进可交换态Cd、Pb进一步转化为残渣态。120天后土壤中残渣态Cd、Pb的含量分别上升12.37%和7.76%,上升幅度比GLS0大。GLS10的稳定性使钝化形成的有机结合态、无定型羟基铁结合态不会因酸雨淋溶而溶出,同时对锰氧化物结合态Cd、Pb也有一定的稳定作用。
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