【摘 要】
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近年来,我国土壤环境整体平稳向好,但土壤重金属污染问题依旧不容忽视,其中重金属镉是造成我国土壤重金属污染的主要污染物之一。目前生物炭因其原材料来源广泛、生产成本低、环境友好无污染且长期稳定性好等特点在土壤重金属污染修复领域展现出巨大潜力。本文选用玉米秸秆生物炭作为原料,进行改性处理制备得到对Cd(II)具有高效吸附钝化能力的KMn O4-KHCO3改性生物炭。通过相关表征分析和吸附实验探究改性前后
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近年来,我国土壤环境整体平稳向好,但土壤重金属污染问题依旧不容忽视,其中重金属镉是造成我国土壤重金属污染的主要污染物之一。目前生物炭因其原材料来源广泛、生产成本低、环境友好无污染且长期稳定性好等特点在土壤重金属污染修复领域展现出巨大潜力。本文选用玉米秸秆生物炭作为原料,进行改性处理制备得到对Cd(II)具有高效吸附钝化能力的KMn O4-KHCO3改性生物炭。通过相关表征分析和吸附实验探究改性前后玉米秸秆生物炭的性质特征及其对Cd(II)的吸附机理。最后,通过恒温土壤稳定化实验探究KMn O4-KHCO3改性生物炭钝化土壤镉的最适环境条件与修复效果,并探讨其长期稳定性。主要研究结果如下:(1)以高锰酸钾(KMnO4)和碳酸氢钾(KHCO3)为改性剂,在相应的热处理时间与热处理温度下对玉米秸秆生物炭进行改性,探究出其吸附Cd(II)的最优改性条件为:高锰酸钾溶液质量浓度0.5%、高锰酸钾溶液浸渍时间4 h、玉米秸秆生物炭与碳酸氢钾质量比1:2.5、热处理温度500℃、热处理时间1.5 h。在此条件下制得的KMn O4-KHCO3改性生物炭与改性前相比表面粗糙,微孔数量增多;比表面积与平均孔容显著增大;主要官能团为C=O、C-OH,且成功负载Mn Ox。(2)改性前后玉米秸秆生物炭对Cd(II)的吸附均遵循准二级动力学方程的规律,以化学吸附为主;并符合Langmuir等温吸附模型,即单分子层吸附,且吸附过程属于自发的吸热反应,在反应过程中体系混乱度增加。KMn O4-KHCO3改性生物炭通过表面络合作用、阳离子-π作用、表面沉淀作用和物理吸附作用参与了对Cd(II)的吸附。在298 K下,KMn O4-KHCO3改性生物炭的饱和吸附量为18.98 mg/g,较改性前提升了2.5倍。(3)KMnO4-KHCO3改性生物炭修复重金属镉污染土壤的最适环境条件为:环境温度35℃;土壤含水率25%~35%;土壤p H值5~8。随着KMn O4-KHCO3改性生物炭投量的增加,均不同程度提升了土壤p H、有机质含量、阳离子交换量、土壤有效磷含量和土壤速效钾含量。添加KMn O4-KHCO3改性生物炭可以改变土壤镉赋存形态的分布比例,促使土壤中易被生物吸收利用的弱酸可提取态镉向较稳定的可还原态、可氧化态和残渣态镉转化。同时经过老化处理的KMn O4-KHCO3改性生物炭较新鲜KMn O4-KHCO3改性生物炭对土壤重金属镉的钝化效果更好。
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