小麦秸秆生物炭修复污染土壤重金属Pb、Cd的研究

摘要

近年来，土壤污染关系到人类健康，防治修复措施迫在眉睫。目前来说，原位修复技术是环境友好型修复方法之一，其中生物炭修复技术是将生物炭施入污染土壤中，通过生物炭的自身性质逐渐改变重金属在土壤中的化合价态，即存在形式。本文通过实验，研究生物炭的理化性质，重金属Pb、Cd的吸附机理及对重金属Pb、Cd在污染土壤中形态转化的影响。 本文以陕西地区较典型的农业废弃物小麦秸秆为原料，在400℃、500℃、600℃下利用马弗炉热解制备生物炭(分别标记为W400、W500、W600)，采用扫描电镜（SEM-EDS）、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)、元素分析仪对3种生物炭进行表征。同时研究热解温度、施加量、初始pH、初始浓度对生物炭吸附土壤重金属Pb、Cd的影响。通过了解生物炭的吸附机理，探究生物炭对重金属Pb、Cd形态转化的影响。结果表明： (1)生物炭的基本性质与生物炭的热解温度密切相关。随着生物炭热解温度的升高，W400、W500、W600的pH分别为8.15、9.55、10.11;W400、W500、W600生物炭的产率、灰分分别为：33.1%、25.6%、14.8%和34.95%、30.81%、25.10%;生物炭的含碳百分比逐渐减小分别为：W400＜W500＜W600;生物炭含N、H、O的百分比由小到大分别为：W600＜W500＜W400。 (2)在吸附实验中，随着生物炭热解温度、添加量和初始溶液pH值的升高，生物炭对溶液中重金属Pb、Cd的吸附量也显著增加。生物炭对Pb的吸附结果较符合Freundlich模型；生物炭对Cd的吸附曲线符合Langmuir模型。 (3)钝化实验中，随着培养时间的增加土壤pH值显著升高。在单一重金属Pb污染、复合重金属Pb、Cd污染土壤中，随着生物炭热解温度的升高、生物炭添加量的增加、施入生物炭培养时间的延长，重金属Pb的弱酸可提取态含量随之减小。相比单一污染，施入生物炭使复合污染重金属Pb的弱酸可提取态百分比有效降低；复合污染重金属Pb还原态的百分比明显低于单一污染的百分比；复合污染重金属Pb可氧化态与单一污染的百分比变化不大；但复合污染Pb残渣态明显高于单一污染的百分比。 （4）在单一重金属Cd污染和复合重金属Pb、Cd污染土壤中，随着生物炭热解温度的升高、生物炭添加量的增加、施入生物炭培养时间的延长，重金属Cd的弱酸可提取态含量随之降低。复合重金属Pb、Cd污染中，重金属Cd的弱酸可提取态、可还原态的百分比明显高于单一重金属Cd污染中Cd的百分比；可氧化态和残渣态的百分比低于单一重金属Cd污染中的百分比。

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