改性糠醛渣灰对土壤中镉的钝化效果研究

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本文首先在分析糠醛渣灰基本理化性质和吸附能力的基础上,制定糠醛渣灰改性方案,结合糠醛渣灰改性后对溶液中镉的去除能力来选择最优改性方法;通过吸附实验,研究改性糠醛渣灰对镉的吸附特性;通过室内培养实验,研究改性糠醛渣灰对镉的钝化性能、对镉形态变化的影响和控制黑麦草对镉的吸收能力。研究结果如下:(1)首先对糠醛渣灰的组分进行分析,研究表明糠醛渣灰主要含有K3Na(SO42(钾芒硝)和KCl(钾石盐)晶相结构;表面形貌均为多孔球状颗粒;糠醛渣灰表面含有大量的羟基伸缩振动峰(3406cm-1)、甲基对称伸缩振动峰(2923 cm-1)、亚甲基对称伸缩振动峰(2853cm-1)、苯环骨架振动峰或双键伸缩振动峰(1705、1514、1454cm-1)、烷基的弯曲振动峰(1427、1371cm-1)和C-O键的伸缩振动峰(1317cm-1、1192cm-1、1113cm-1)。其次吸附实验表明,糠醛渣灰对Cd2+的等温吸附线与Langmuir方程拟合程度较高,计算所得的饱和吸附容量为8.091mg/g。(2)通过改性实验发现,当糠醛渣灰在900℃条件下灼烧1h改性后,以2.5g/L的比例将改性糠醛渣灰添加到浓度为400mg/L的Cd2+溶液中,Cd2+去除率可达97%。通过对糠醛渣灰改性前后的表征结果显示,经过灼烧后的糠醛渣灰中K3Na(SO42消失,有机官能团也基本消失,通过结合TG-DTG图谱分析与相关表征结果,可以得出糠醛渣灰中的K3Na(SO42经过灼烧后生成Na2S和K2S,故其水溶液呈强碱性。(3)使用改性糠醛渣灰对工业废水中常见的Cd2+进行吸附动力学实验和等温吸附线实验,实验表明,改性糠醛渣灰对Cd2+的吸附过程符合伪二级动力学模型,二级吸附速率常数为0.014g/mg·min;改性糠醛渣灰对Cd2+的吸附符合Langmuir等温吸附线模型,为单分子层吸附,通过计算得出改性糠醛渣灰对Cd2+的最大吸附容量为236.97mg/g,吸附强度b为0.0435L/mg;去除率随着改性糠醛渣灰的添加量的增加而升高,但吸附量随之降低,因此在实际应用中应根据镉污染浓度决定改性糠醛渣灰的添加比例。在镉浓度为100mg/L时,最佳添加比例为5g/L,此时去除率为94.96%。(4)在镉污染土壤中添加改性糠醛渣灰可以起到显著钝化效果。施加不同比例的改性糠醛渣灰均可显著提升土壤p H值,土壤p H随着施加比例升高而升高;施加不同比例的改性糠醛渣灰在56天内均可显著降低土壤中有效态镉含量,钝化效果随添加比例升高而升高,最大钝化值可达0.329mg/kg;施加不同比例的改性糠醛渣灰在56天内均可使土壤中可交换态含量显著降低、碳酸盐结合态含量显著增加,高剂量组较空白对照组的铁锰氧化物结合态和残渣态含量显著增加。(5)通过种植实验来验证改性糠醛渣灰钝化镉污染土壤后对植物生长的影响,结果显示施加高剂量改性糠醛渣灰会显著降低处理组的生物量,这是因为改性糠醛渣灰中含有大量的K、S元素,过量的K、S会抑制作物生长;施加不同比例的改性糠醛渣灰均可显著降低黑麦草中镉的含量,中高剂量处理组中黑麦草的镉含量显著低于低剂量处理组。
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