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近年来我国工业发展迅速,土壤污染呈现出污染物复杂、难控制的严峻形势,土壤污染改变了土壤结构,对土壤生态环境有破坏作用,不仅影响农业的可持续发展,而且危害人类健康。CMC-FeS纳米材料不仅具有比表面积大、表面能大、反应活性高、粒径小等纳米材料具有的普遍特征而且由于CMC-FeS纳米材料中Fe2+和S2-等离子的存在使得CMC-FeS纳米材料具有还原性,对Cr、Cd等重金属的处理效果比较好。CMC-FeS纳米材料的粒径较小这使得纳米材料比较容易能够直接注射到受污染的土壤,增加了灵活性,因此,可以将CMC-FeS纳米材料应用于污染土壤的原位修复中。同时,由于CMC-FeS纳米材料较小的粒径、大的比表面积和表面能、较高的反应活性,CMC-FeS纳米材料在原位修复污染土壤时可能对土壤中微生物群落产生影响。本研究利用廉价易得、可生物降解的羧甲基纤维素钠(CMC)作为稳定剂,制备了羧甲基纤维素钠稳定化的FeS纳米材料(CMC-FeS),以填充柱模拟土壤体系,研究了CMC-FeS纳米材料中CMC的浓度、CMC-FeS的浓度、流速、离子强度、腐殖酸对CMC-FeS纳米材料在多孔介质中的迁移迟留行为的影响以及影响机制。同时,通过PCR-DGGE技术探索了CMC-FeS纳米材料对土壤微生物群落的影响。 主要的研究结论: (1)当CMC的浓度超过纳米材料完全稳定时CMC的浓度(临界稳定浓度)时,CMC-FeS纳米材料在饱和石英砂中的迁移曲线的C/C0值随着CMC浓度的增加而变大,但是当CMC的浓度超过0.03wt%后,CMC-FeS纳米材料迁移曲线的C/C0值基本保持不变。 (2)CMC-FeS纳米材料在饱和石英砂中的迁移曲线的C/C0值随着CMC-FeS纳米材料浓度的增加而变大。当CMC-FeS纳米材料的浓度从50mg/L增加到300mg/L时,C/C0从0.85增加到了0.92,当FeS纳米材料的浓度从300mg/L增加到1000mg/L时,C/C0的值从0.92增加到0.95。 (3)CMC-FeS纳米材料在饱和石英砂中的迁移曲线的C/C0值随着CMC-FeS纳米材料流速的增加而变大。当流速为0.00313cm/s时84%的CMC-FeS纳米材料可以穿透石英砂,当流速增加到0.0626cm/s时94%的CMC-FeS纳米材料可以穿透石英砂。随着流速从0.00313cm/s增加到0.0626cm/s柱子体系的单集接触效率(η0)从2.4024×10-3减小到0.2917×10-3,CMC-FeS纳米材料的最大迁移距离(Lmax)从2.70m增加到7.67m。 (4)离子强度对CMC-FeS纳米材料在饱和石英砂中的迁移有抑制作用。CMC-FeS纳米材料在饱和石英砂中的迁移曲线的C/C0值随着CMC-FeS纳米材料中离子强度增加而减小。当CMC-FeS纳米材料中Ca2+的浓度从0增加到40mM时,C/C0的值从0.92降到0.16,CMC-FeS纳米材料表面的ζ电势由-18.1mV降至-5.61mV,当CMC-FeS纳米材料中Ca2+的浓度为200mM时,C/C0的值为0.30,CMC-FeS纳米材料表面的ζ电势为-17.35mV。离子强度通过影响纳米材料表面的ζ电势影响纳米材料的迁移。 (5)较高浓度的腐殖酸对CMC-FeS纳米材料在饱和石英砂中的迁移有促进作用。CMC-FeS纳米材料在饱和石英砂中的迁移曲线的C/C0值随着CMC-FeS纳米材料中腐殖酸的浓度增加而变大。当TOC的浓度从0增加到5mg/L时,C/C0的值保持不变,当TOC的浓度增加到40mg/L后,C/C0值从0.92增加到1。腐殖酸的表面ζ电位为-16.3mV。由于腐殖酸的表面电势与CMC-FeS纳米材料的表面电势同性,所以可能是腐殖酸与纳米材料之间在石英砂介质表面存在竞争吸附。 (6)CMC-FeS纳米材料对土壤微生物群落的多样性有促进作用。通过DGGE图观察,实验组和对照组的条带相比较于空白组明显增加,说明CMC对土壤微生物有促进作用。实验组和对照组条带没有明显差别表明CMC-FeS纳米材料对土壤微生物没有显著的危害作用。