汞是一种剧毒重金属,对神经系统有很强的毒性作用。土壤中存在的汞可被植物吸收,并通过食物链进入人体。目前,汞污染土壤的修复技术主要包括热脱附、化学淋洗、电动修复、生物修复及固定稳定化技术等。作为一种稳定化修复材料,生物炭制备简单、价格低廉、环境友好且对土壤有一定的改良作用,是一种应用前景很好的重金属污染土壤修复材料。本论文以啤酒生产副产物麦芽根为原料,在缺氧条件下高温裂解制备生物炭,并将生物炭用于汞污染土壤的修复。测试了生物炭的主要性质,研究了生物炭对土壤主要理化性质、土壤汞形态,及对植物吸收汞污染土壤中汞的影响,并通过研究生物炭对溶液中汞的吸附性能,分析修复前后土壤主要理化性质的变化、生物炭和土壤官能团的变化、土壤微生物的变化等,初步探索生物炭对汞污染土壤的修复机制。本论文主要成果如下:(1)以麦芽根为原料,在300℃、400℃、500℃、650℃和750℃条件下分别缺氧裂解制备不同的生物炭,并对生物炭进行了表征。结果显示:生物炭具有良好的管状多孔结构。随裂解温度升高,生物炭孔隙密度略有增大,碳骨架壁厚变小;当温度达到750℃时,生物炭有明显的孔洞坍塌现象。不同温度条件下裂解制备的生物炭表面性质不同,其比表面积、孔体积和孔径分别为22.75～323.34m2/g、0～0.086mL/g、0.55～0.94nm,随裂解温度升高,生物炭比表面积增大,孔体积变大,孔径变小。麦芽根制备的生物炭主要成分是无定型碳,含无机矿物较少。生物炭表面具有-OH、-CH2、-COOH及芳环、C-Cl、C-Br等官能团,随裂解温度升高,-CH2、芳环、C-C1等减少直至消失。相较于其他温度条件下制备的生物炭,BC650孔隙密度较高,孔径较小,比表面积较大,综合来看可能更适合用于修复汞污染土壤。(2)麦芽根制备的生物炭能使土壤持水能力增强,有机质含量增大,CEC增大,但对土壤pH值影响不大。将生物炭用于修复汞污染土壤时,土壤主要理化性质发生了改变。从持水保肥能力来看,生物炭对土壤具有一定的改良作用。(3)将不同温度条件下制备的生物炭分别用于修复汞污染土壤,修复62d后,土壤中可交换态汞含量降低60.78～82.34%,碳酸盐结合态汞含量基本减少到零,铁锰氧化物结合态汞含量降低47.61～74.59%,而有机结合态汞和残渣态汞含量分别增加了 14.61%～20.68%和14.61～114.40%;生物炭能有效降低植物对汞的吸收量(降低0.03-44.21%),其中BC650对植物吸收汞的量降低效果最明显,可使黄瓜植株吸收汞的量降低44.21%。生物炭能有效降低土壤中汞的生物有效性。(4)生物炭对溶液中的汞具有良好的吸附性能。不同温度下制备的生物炭对溶液汞吸附能力不同,其中BC650(650℃条件下制备的生物炭)吸附性能最好,吸附容量为17.24mg/kg,吸附速率控制步骤为外扩散,吸附过程为Langmuir型吸附过程。生物炭可通过吸附作用固定土壤中的汞,起到修复作用。土壤中可交换态汞、碳酸盐结合态汞和铁锰氧化物结合态汞含量与土壤有机质含量和土壤CEC呈显著负相关关系,生物炭可通过增大土壤有机质含量和增大土壤CEC,经络合作用和离子交换作用等对土壤中的汞起到稳定作用。生物炭通过还原土壤有机官能团,降低土壤中-COO含量同时增加自身-COO含量,减小土壤对汞的固持能力,并将更多的汞固定在生物炭表面。另外,生物炭能提高土壤微生物多样性,对微生物群落结构也有较大影响。生物炭能够增加土壤中地杆菌属和芽孢杆菌属微生物的丰度,这可能增加土壤中汞的甲基化作用,以及促进汞的挥发和汞的稳定化,从而增加土壤中汞的稳定性,对汞污染土壤起到修复作用。