生物炭负载纳米磷酸亚铁修复镉污染土壤的研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zoxn2008
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镉是我国环境优先控制污染物之一。镉污染已经严重到了危害人类生命健康的地步,大力整治已刻不容缓。磷酸盐材料由于其修复效果好、成本低廉等原因被广泛研究应用于重金属污染修复中。但可溶性磷酸盐会带来水体富营养化的二次污染、难溶性磷酸盐难以到达土壤深层部位等问题限制了其在土壤修复中的应用。因此,解决以上难题,并优化修复材料对修复土壤带来的影响,对磷酸盐材料应用到土壤修复中具有重要意义。  本研究以生物炭颗粒作为负载材料,加以羧甲基纤维素钠(NaCMC)作为分散剂,制备出生物炭负载纳米磷酸亚铁(CMC@BC@Fe3(PO4)2)复合材料。通过沉降实验及柱实验,探究稳定性及流动性较好的生物炭粒径及复合比例等,选出稳定性及流动性强的CMC@BC@Fe3(PO4)2复合材料并将其应用于重金属镉污染土壤的修复中。在土壤修复方面,主要从修复时间和修复材料投加量两个方面探讨了CMC@BC@Fe3(PO4)2复合材料对土壤中镉的修复效果,另外,通过采用基于生理学的浸提实验(PBET)和连续提取实验(SEP)考查了土壤中镉的生物可利用性和结合形态的变化,并通过修复前后土壤的理化性质的变化探究了修复材料对土壤的影响。最后通过植物生长实验对比了未受污染土壤、镉污染土壤、Fe3(PO4)2修复的土壤、生物炭修复的土壤、CMC@BC@Fe3(PO4)2复合材料修复的土壤等5种土壤对芥蓝生长发育的影响。  通过沉降实验选出稳定性较好的生物炭的粒径为0.125mm(120目筛),生物炭与磷酸亚铁的最佳复合比例为20∶1(质量比)。通过柱实验表明CMC的加入能起到很好分散和润滑作用。通过批量实验结果表明CMC@BC@Fe3(PO4)2复合材料对土壤中Cd最佳的修复条件为:每1 g镉污染土需10 mL复合材料修复28天,可获得最佳的修复效果为81.3%。从PBET实验得出修复后土壤中Cd的生物可利用性降低了80%,Cd在土壤中的主要形态从易利用的碳酸盐结合态转换成难利用的有机物结合态和残渣态,这是由于修复后土壤中镉与磷酸根结合生成磷酸镉。土壤理化性质实验表明CMC@BC@Fe3(PO4)2复合材料修复后,土壤的pH得到提高,从酸性变为中性,还增加了土壤中有机质含量,增强土壤肥力,有利于土壤再次投入生产。同时土壤中的有效铁含量没有增加,而有效磷含量则得到适当提升,说明该材料修复后不会带来二次污染。植物生长实验结果表明在采用CMC@BC@Fe3(PO4)2复合材料对土壤进行修复后,芥蓝地下部分和地上部分的镉含量分别下降44.8%和70.2%,同时还可促进作物的生长发育,提高作物的生物量。
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