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利用超积累植物修复重金属污染的植物修复技术越来越受到关注,研究了新型铬超富集植物李氏禾在治理重金属污染治理方面应用,从不同角度分析了其吸收重金属六价铬和三价铬的行为特征。通过生物干粉和重金属在根表面分布行为特征,分析了李氏禾富集重金属的可能机制,探讨了李氏禾还原六价铬到三价铬的可能过程。
借助拟合吸附动力学和等温热力学方程,研究了湿生超积累植物李氏禾叶细胞干粉对Cr(Ⅵ)的吸附性能,考察了pH值、吸附时间等多种因素对吸附性能的影响,结果表明该吸附是单分子吸附的伪二级动力学过程。对Cr(Ⅵ)的吸附包含两个过程:Cr(Ⅵ)离子通过静电作用富集在干粉材料表面,随后干粉表面存在的功能配位官能团会与Cr(Ⅵ)发生化学作用。红外光谱图表明起作用的主要是含O、N功能原子官能团,并且这些官能团中的功能原子与Cr(Ⅵ)的作用方式不同。推测形成了具有多重结构构象的配合物。
以李氏禾干粉生物质作为Cr(Ⅵ)的吸附材料,研究了其吸附Cr(Ⅵ)的原位还原过程的特点。红外技术表征了参与铬还原过程的特征官能团。借助X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy;XPS)原位分析了特征元素官能团对Cr(Ⅵ)的还原作用,并探讨了可能的还原机制。结果表明:Cr(Ⅵ)在颗粒表面被特别还原性官能团还原到三价,含氧官能团在低酸性环境下的质子化,可以静电吸附Cr(Ⅵ),同时释放氢氧根离子,使得溶液pH值升高;而官能团中的N元素在吸附过程中,提供Cr(Ⅵ)还原反应所必须的电子,与Cr(Ⅵ)发生明显的化学络合作用,并将其还原到Cr(Ⅲ)。
通过在微金电极表面循环伏安法镀汞,制备了金基汞膜微电极,该电极尺寸小,响应快,可以用于Cr(Ⅵ)的微区连续监测。使用该电极对铬超积累植物李氏禾单根表面铬(Ⅵ)离子流进行进行实时和原位分析。测定了李氏禾根部的Cr(Ⅵ)浓度分布以及实时变化。发现位于根的尖端纵向约50μm处Cr(Ⅵ)浓度变化明显,这就说明该区域是李氏禾对铬(Ⅵ)离子的主要纵向吸收区域;对此处李氏禾根尖表面的Cr(Ⅵ)浓度和垂直距离的关系进行测定,发现Cr(Ⅵ)浓度随着距离的增大呈现先增大后减小的趋势,在距离根表面约35μmCr(Ⅵ)的浓度最大,六价铬在根的吸收活跃区域形成分布不均的浓度场;李氏禾根尖对六价铬存在着主动富集的过程,并且这种过程在60min内趋于稳定。