硫改性生物炭负载硫化亚铁复合材料对镉污染土壤的稳定化修复研究

来源 :东华理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lujunjun_1204
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矿山开采、金属冶炼以及污水灌溉等行为通常会引起水体和土壤环境的重金属污染问题,因此受到国家和学者的高度重视。稳定化/钝化技术是一种相对经济环保的修复方法,但该技术中稳定剂/钝化剂的选择是关键因素。本研究以镉污染土壤为研究对象,成功制备了硫改性生物炭负载硫化亚铁复合材料(FeS@SBC),通过不同表征手段分析了原始生物炭(BC)、硫改性生物炭(SBC)和FeS@SBC的理化性质。通过批量吸附实验验证了水溶液中镉的吸附性能;通过土壤培养实验分析不同施加量下的BC、SBC和FeS@SBC对镉污染土壤p H值、EC值、TCLP毒性浸出以及BCR形态分布的影响,以探讨稳定化机制;通过淋溶柱实验模拟酸雨条件下稳定化土壤的p H值、EC值和形态分布变化,以验证持久稳定性;通过盆栽实验分析空心菜生长情况和生物量,以阐述稳定剂对镉污染土壤的阻控和抑制机制。研究结论概述如下:(1)较BC和SBC的元素组成,FeS@SBC的C含量降低,O、S、N均增加;负载硫化亚铁后,FeS@SBC的BET比表面积和总孔体积分别是6.25m~2/g、0.033cm~3/g,属Ⅲ型等温线,为吸附Cd(Ⅱ)提供了更多的活性位点。同时,SEM/TEM-EDS、XRD和FTIR表征证实硫化亚铁成功负载至硫改性生物炭表面。拟二级动力学和Langmiur等温吸附模型能够较好地描述FeS@SBC对Cd(Ⅱ)的吸附过程,最大吸附量高达262.34mg/g。热力学分析表明FeS@SBC吸附Cd(Ⅱ)是自发的和吸热的过程。通过FT-IR光谱和XPS相关表征分析,FeS@SBC对Cd(Ⅱ)的吸附机制主要是表面络合、化学沉淀、离子交换和静电吸引。(2)较CK组相比,土壤培养28天后,添加不同施加量的BC和SBC均可以提高土壤的p H值,而且随着施加量的增加而增加,CCS-FeS和FeS@SBC反之略有下降。EC值的结果与其相反。2%施加量的FeS@SBC能够较好地降低土壤中镉的TCLP浸出量。四种材料施加到污染土壤后均改变了镉的赋存形态,促使其由生物利用度高的形态向非生物利用度高的形态转化,有效降低镉的酸可提取态含量,稳定化效果明显。经FeS@SBC稳定化后的土壤,其XPS光谱中C1s、O1s、Fe2p、S2p和Cd3d光谱均发生了变化,其稳定化机制主要是以共沉淀作用为主,辅以离子交换和络合作用。(3)在14天的淋溶期内,BC、SBC和FeS@SBC处理下镉的淋溶浓度和累积量随施加量的增加而降低。与CK相比,2%FeS@SBC处理土壤中镉的淋溶量降低了70.9%;镉累积淋溶量降低了71.6%。淋溶结束后,BC、SBC和FeS@SBC处理在四个组分上均有显著差异,相同的是,酸可提取态组分随施加量的增加而降低,残渣态相反。(4)施加2%配比生物炭材料对空心菜生长均产生不同程度影响,较CK相比,BC、SBC和FeS@SBC材料的施加均有效促进空心菜的生长,其生长情况和生物量都高于CK组。其中,FeS@SBC处理的空心菜生物量增加了134.95%,BCF和TF值分别降低62.25%和40.39%,土壤有效态镉浓度降低了23.87%。生物透射电镜和EDS表征分析,FeS@SBC修复有利于阻隔空心菜对镉的吸收和转运,主要是由于FeS@SBC表面官能团与镉的络合、沉淀作用。
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