PAHs共存下生物炭对碘、镉的阻控作用及机制

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近年来,土壤复合污染的问题日趋严重,重金属和多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)污染是常见的土壤污染,放射性污染也存在潜在风险。污染物的相互作用增加了土壤修复的难度。生物炭作为一种常见的高效吸附剂,能有效调控重金属和PAHs在土壤环境中的迁移转化,有控制放射性污染物的潜在能力。然而,对于生物炭阻控修复合污染物间及其在生物炭上的微观界面过程、土壤环境因素对生物炭阻控作用的影响等仍不清楚。本文制备了小麦秸秆生物炭,分别以碘、镉为目标污染物,以萘、菲、芘为共存PAHs的代表,从复合污染的角度研究了共存污染物在生物炭的交互作用及其机制,探索了生物炭对复合污染土壤的阻控作用及影响因素,对生物炭在复合污染土壤阻控修复实践均具有重要意义。主要结论如下:(1)探明了生物炭的理化性质随温度的变化规律。随热解温度的升高(200℃-800℃),小麦秸秆生物炭(Biochar,BC)产率逐渐降低,灰分含量逐渐升高;芳香性增强,亲水性和极性减弱,双键数增加;生物炭的脂肪族官能团逐渐消失,芳香族官能团逐渐增多;生物炭表面出现不规则的管束结构,微孔数量增多,比表面积增大,生物炭骨架变细、壁架变薄。(2)探明了生物炭对碘、Cd2+的吸附能力和作用机制。生物炭对碘的吸附属于化学吸附,与生物炭与碘之间形成了共价键有关,对于平衡吸附量,BC400>BC300>BC200>BC600>BC500>小麦秸秆>BC700>BC800。生物炭对Cd2+的吸附属于化学吸附,主要机制为表面络合作用和共沉淀作用,对于平衡吸附量,BC400>BC200>BC300>BC700>小麦秸秆>BC600>BC800。(3)生物炭添加可有效增强土壤对碘、Cd2+的固定效果。随生物炭投加比的增大,土壤对碘的吸附量和去除率显著上升,Frendlich吸附系数Kf与炭投加比呈正相关。生物炭抑制了Cd2+在土壤上的脱附,增强了土壤对Cd2+的吸附,随投炭比的增加土壤对Cd2+的吸附量和去除率呈增大的趋势。(4)PAHs显著影响了生物炭添加土壤对碘的吸附。PAHs可与碘形成C-I键促进吸附,同时也会与碘竞争吸附位点抑制吸附。菲和芘对碘的促进作用大于抑制作用,而萘对碘的抑制作用大于促进作用。PAHs对1%BC400添加土壤吸附Cd2+的没有显著影响。
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