【摘 要】
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镉（Cd）和砷（As）已成为全球关注的环境污染物,环境中过量的镉和砷不仅影响生态系统功能,而且会对人体健康造成潜在危害,诱发各种器官病症甚至癌症,因此镉和砷的污染治理迫在眉睫。生物炭作为一种来源广泛、成本较低、结构稳定的环境友好型物质,在重金属污染修复领域愈发受到关注,特别是与金属氧化物结合的改性生物炭,对镉和砷污染的吸附、钝化性能良好。因此,本课题以产量丰富的农业废弃物巨菌草秸秆为原料热解得到巨
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镉（Cd）和砷（As）已成为全球关注的环境污染物,环境中过量的镉和砷不仅影响生态系统功能,而且会对人体健康造成潜在危害,诱发各种器官病症甚至癌症,因此镉和砷的污染治理迫在眉睫。生物炭作为一种来源广泛、成本较低、结构稳定的环境友好型物质,在重金属污染修复领域愈发受到关注,特别是与金属氧化物结合的改性生物炭,对镉和砷污染的吸附、钝化性能良好。因此,本课题以产量丰富的农业废弃物巨菌草秸秆为原料热解得到巨菌草生物炭（BC）,并加入KMn O4和Fe（NO3）3采用搅拌浸渍烧结法制备了铁锰氧化物生物炭（FMBC）。通过材料表征和溶液吸附实验来探究生物炭对镉和砷的吸附性能和影响机制,将BC和FMBC应用到实际镉砷复合污染农田土壤开展为期90天的钝化实验,来评价其对镉砷复合污染土壤的修复效果。本文主要结论如下:（1）SEM-EDS、XRD、FTIR和XPS显示FMBC成功负载了铁锰氧化物,Fe和Mn元素主要以Fe2O3和Mn2O3存在;FMBC比BC具有更丰富的含氧官能团,稳定性能良好。（2）BC和FMBC单独吸附Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）时更符合伪二级动力学,属于以化学吸附为主的非均相扩散体系,吸附时是自发的吸热过程。两者对Cd（Ⅱ）的吸附更符合Langmuir模型,对As（Ⅲ）的吸附更适合Freundlich模型。FMBC对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）的最大吸附量分别为141.1和31.79 mg/g,是BC的2.71和3.89倍。响应曲面模型显示FMBC吸附Cd（Ⅱ）时的最优条件为:FMBC投加量=0.91 g/L、p H=5.55、初始Cd（Ⅱ）浓度=180 mg/L;吸附As（Ⅲ）时的最优条件:FMBC投加量=0.89 g/L、p H=4.85、初始As（Ⅲ）浓度=100 mg/L。（3）FMBC同时吸附Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）时,两种金属之间存在竞争和协同作用。Cd（Ⅱ）的存在让FMBC对As（Ⅲ）的吸附量增加5.1%-123.9%,而As（Ⅲ）的存在使FMBC对Cd（Ⅱ）的吸附量减少0.7%-24.8%。Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）之间的竞争机制主要通过离子交换和表面含氧官能团的络合作用,而协同机制主要由于静电吸引作用和三元表面配合物（Fe/Mn-Cd-As）的形成。（4）施加2%的BC和FMBC后,土壤pH值分别提高了0.18-0.43和0.94-1.19个单位,土壤有机质含量（SOM）分别提高了29.56-40.86%和19.07-28.88%;土壤阳离子交换量（CEC）分别提高了11.65-31.72%和47.23-62.98%;施加BC和FMBC均能降低土壤有效态Cd,降幅分别为0.178-0.498 mg/kg和0.351-0.765 mg/kg。施加BC使土壤有效态As含量增大,最多增加0.661 mg/kg,但施加FMBC后土壤有效态As含量随培养时间延长而逐渐降低,最多降低2.429 mg/kg。在90 d时非淹水条件下FMBC组对Cd和As的钝化稳定效果最优,分别达59.85%和32.74%。此外,相关性分析表明p H值、CEC、SOM与土壤有效态Cd呈显著负相关（p＜0.01）,与土壤有效态As无显著相关性（p＞0.01）。形态分析结果表明施加BC和FMBC后,土壤Cd从弱酸提取态向残渣态转化,土壤As从弱酸提取态和可还原态向残渣态转化。
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