矿物生物炭固定F14修复菲-Cr(Ⅵ)复合污染土壤研究

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现阶段由于土壤污染日益剧增,解决污染土壤迫在眉睫。目前土壤污染修复的研究大多集中在单一重金属或有机物污染修复方面,而采用相同材料进行重金属稳定化和有机物氧化的研究难度较大。在众多材料中,生物炭是一种在无氧环境下生成的富含碳成分的多孔材料。因其对有机物和重金属的较高吸附效率、低成本和对环境具有协同效益,故被认为是一种最有前途的能去除环境中广泛存在的有机污染物和重金属的吸附剂。但由于生物炭的孔隙率低、比表面积小、官能团少等原因,其去除有些污染物的效率不是很高。研究表明,有些矿物质具有比表面积大、高膨胀度和能够产生自由基等特点。近年来,向生物炭中添加矿物制备矿物生物炭复合材料的研究越来越多,矿物生物炭具有吸附剂和催化剂双重功能,凭借其功能吸附重金属和降解有机物,是一种优异的去除污染物材料。本研究采用蒙脱石(M)、磷酸二氢钙(CP)和水钠锰矿(M)改性生物炭,用于去除水中菲、Cr(Ⅵ)的研究,选择对两种污染物去除率都相对较高的磷酸二氢钙矿物生物炭固定融合细菌F14修复菲-Cr(Ⅵ)复合污染土壤,探讨了该修复土壤中矿物生物炭对土壤中菲、Cr(Ⅵ)的去除效率、土壤脱氢酶和FDA酶活性以及土壤中土著微生物的影响,最终得出如下结果:(1)以蒙脱石、磷酸二氢钙、水钠锰矿与玉米秸秆、氯化铁为原料,采用浸渍热解法制得矿物生物炭,通过FTIR、SEM和BET对矿物生物炭进行表征,并运用不同矿物生物炭对菲和Cr(Ⅵ)的吸附效率及吸附的机理进行研究。结果表明:3种矿物生物炭材料均能有效去除水溶液中的菲和Cr(Ⅵ),与蒙脱石和磷酸二氢钙生物炭相比,水钠锰矿生物炭对水中菲的去除效果最好,与水钠锰矿和磷酸二氢钙生物炭相比,蒙脱石生物炭对水中Cr(Ⅵ)的去除效果最好;溶液的p H值对矿物生物炭吸附菲和Cr(Ⅵ)的影响为:在碱性条件下对菲的吸附效果较好,在酸性条件下对Cr(Ⅵ)的吸附效果较好;矿物生物炭吸附菲和Cr(Ⅵ)的过程符合准二级动力学模型,表明其对菲和Cr(Ⅵ)的吸附为物理化学吸附。(2)游离融合细菌F14(F14)、海藻酸钠固定化融合细菌F14(SA-F14)、矿物生物炭小球(CP-SA)及矿物生物炭固定化融合细菌F14(CP-SA-F14)对土壤中菲、Cr(Ⅵ)及复合污染具有一定的吸收积累作用。四种吸附材料中,矿物生物炭固定化融合细菌F14对单一及复合污染的吸附效果最好,这可能是矿物生物炭材料不仅可以作为很好的吸附材料还能保护F14。(3)矿物生物炭及微生物在进行修复土壤实验过程中,实时监测土壤样品中的脱氢酶、FDA酶,并且借鉴高通量测序技术,为分析在去除污染物过程中土壤酶的变化情况及对土著微生物群落的影响。发现在整个修复过程中脱氢酶和FDA酶的活性都经历先增强后减弱的过程,且门类占比最多是Proteobacteria(最高为64.91%),科类占比最多是Sphingomonadaceae(最高为36.52%),属类占比最多是uncultured bacterium_f_Sphingomonadaceae(最高为30.78%)。
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