生物炭對(duì)重金屬修復(fù)的穩(wěn)定性研究.pdf

1、生物炭由于其性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，多用于土壤重金屬修復(fù)。但是，受到外界環(huán)境影響，生物炭性質(zhì)可能受到影響，從而影響生物炭修復(fù)重金屬的效率。本研究先將生物炭分別進(jìn)行高溫老化、凍融循環(huán)老化和自然老化，并利用掃描電鏡(SEM-EDS)和傅立葉紅外(FTIR)研究生物炭表面結(jié)構(gòu)和組成的變化，通過(guò)等溫吸附實(shí)驗(yàn)，對(duì)生物炭老化前后對(duì)Cd和Pb的吸附，研究老化作用對(duì)生物炭吸附重金屬Cd、Pb的影響。再將新制備的生物炭分別飽和吸附Cd和Pb，將吸附重金屬的生物炭進(jìn)行

2、高溫老化、凍融循環(huán)老化、自然老化，使用TCLP提取法提取生物炭中的重金屬，研究老化作用對(duì)生物炭吸附重金屬的穩(wěn)定性影響。最后將生物炭施入含有Cd和Pb的污染土壤中，將土樣分別進(jìn)行高溫老化、凍融循環(huán)老化和自然老化，使用TCLP提取法提取生物炭中的重金屬，研究老化作用對(duì)生物炭修復(fù)土壤重金屬污染的穩(wěn)定性影響。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)在老化作用下生物炭結(jié)構(gòu)和元素組成組成均發(fā)生了變化。其中秸稈生物炭表面孔道結(jié)構(gòu)并未發(fā)生顯著變化，但是在高

3、溫老化和凍融循環(huán)老化后，秸稈生物炭表面出現(xiàn)破碎現(xiàn)象;生物炭表面的C含量減小，O含量增加，O/C比增加，而且呈現(xiàn)高溫老化＞凍融循環(huán)老化＞自然老化的規(guī)律;秸稈生物炭表面含氧官能團(tuán)發(fā)生了顯著變化，羥基數(shù)量減少，但是C=O、-COOH、P-O、Si-O-Si增加，并出現(xiàn)了C≡C鍵。浮萍生物炭表面蜂窩結(jié)構(gòu)未發(fā)生顯著變化，但是經(jīng)過(guò)高溫老化、凍融循環(huán)老化和自然老化后，浮萍生物炭表面蜂窩結(jié)構(gòu)更為清晰;浮萍生物炭在凍融循環(huán)和高溫老化的作用下，生物炭表面C

4、含量減小，O含量增加，O/C比增加，且高溫老化作用＞凍融循環(huán)老化，但是自然老化對(duì)浮萍生物炭表面的O、C含量的影響不大;浮萍生物炭在高溫老化作用下，-OH減少，同時(shí)-COOH、-C=O和P-O鍵增加，凍融循環(huán)老化使浮萍生物炭表面-OH增加，-COOH、-C=O和P-O鍵也增加，自然老化作用下P-O鍵增加，其余官能團(tuán)無(wú)顯著變化。
　　(2)老化后，生物炭對(duì)重金屬Cd和Pb的吸附能力均增強(qiáng)了，凍融循環(huán)老化、高溫老化、自然老化后的秸稈生物

5、炭對(duì)Cd最大吸附量分別增加了27.77％，60.65％，12.89％。凍融循環(huán)老化、高溫老化、自然老化后的浮萍生物炭最大吸附量分別增加了32.67％，83.17％，15.97％。且Cd的最大吸附量均為高溫老化＞凍融循環(huán)老化＞自然老化。凍融循環(huán)老化、高溫老化、自然老化后的秸稈生物炭對(duì)Pb的最大吸附量分別增加了54.48％，44.67％，17.73％。凍融循環(huán)老化、高溫老化、自然老化后的浮萍生物炭最大吸附量分別增加了53.69％，32.30

6、％，15.77％。且最大吸附量均為凍融循環(huán)老化＞高溫老化＞自然老化。
　　(3)老化作用后，生物炭對(duì)重金屬的吸附穩(wěn)定性增強(qiáng)了，在三種老化條件下，秸稈生物炭和浮萍生物炭對(duì)Cd的吸附穩(wěn)定性隨著時(shí)間的增加而增強(qiáng)，高溫老化、凍融循環(huán)老化、自然老化分別使飽和Cd的秸稈生物炭TCLP-Cd下降了49.23％、26.09％和18.58％;分別使飽和吸附Cd的浮萍生物炭TCLP-Cd下降了26.16％、21.25％、15.10％;均呈現(xiàn)高溫老化＞

7、凍融循環(huán)老化＞自然老化的規(guī)律，浮萍生物炭對(duì)Cd的吸附穩(wěn)定性要強(qiáng)于秸稈生物炭。同時(shí)，秸稈生物炭和浮萍生物炭對(duì)Pb的吸附穩(wěn)定性隨著時(shí)間的增加而增強(qiáng)，高溫老化、凍融循環(huán)老化、自然老化分別使飽和Cd的秸稈生物炭TCLP-Pb下降了75.40％、37.84％和13.65％;分別使飽和吸附Cd的浮萍生物炭TCLP-Pb下降了77.80％、68.74％、28.58％;均呈現(xiàn)高溫老化＞凍融循環(huán)老化＞自然老化的規(guī)律，秸稈生物炭對(duì)Pb的吸附穩(wěn)定性要強(qiáng)于浮萍

8、生物炭。
　　(4)老化作用增強(qiáng)了生物炭修復(fù)重金屬污染土壤的穩(wěn)定性。凍融循環(huán)老化使秸稈生物炭的TCLP-Cd下降了19.97％，TCLP-Pb下降了25.77％;高溫老化使秸稈生物炭的TCLP-Cd下降了25.38％，TCLP-Pb下降了35.28％。凍融循環(huán)老化使浮萍生物炭的TCLP-Cd下降了33.32％，TCLP-Pb下降了10.12％;高溫老化使浮萍生物炭的TCLP-Cd下降了40.87％，TCLP-Pb下降了22.39％