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近年来,伴随着我国工业化和城市化进程的发展,大量的重金属和有机物污染物排放到土壤中,我国的土壤污染因此也变的严重化和复杂化。针对越来越复杂的土壤污染问题,发展环境友好、成本低廉的原位修复技术是解决这类问题的关键,植物修复技术是近年来发展起来的对重金属、有机物有一定去除能力的绿色技术,该技术成本低、不破坏土壤生态环境、无二次污染、易被接受等优点而受到学者们的青睐。本研究以我国土壤典型重金属污染物镉和以芴为代表的多环芳烃为研究对象,探讨了新型环境友好材料天冬氨酸-β-CD与镉、芴的相互作用以及天冬氨酸-β-CD对镉、芴在土壤表面吸附行为的影响,通过90天的植物种植,研究了天冬氨酸-β-CD作用下,紫花苜蓿修复镉、芴复合污染土壤的效果及主要的去除机制,取得的主要研究成果如下: (1)以β-CD和天冬氨酸为原材料,在碱性条件下通过环氧氯丙烷合成新型的天冬氨酸-β-CD,采用红外光谱对反应合成的天冬氨酸-β-CD进行了表征分析,用荧光光谱研究了芴与天冬氨酸-β-CD的相互作用,通过XPS表征研究了重金属镉与天冬氨酸-β-CD的相互作用,红外光谱结果表明天冬氨酸-β-CD保留了β-CD的内腔结构的同时,又添加了羧基和氨基成分;荧光光谱结果表明随着天冬氨酸-β-CD浓度的增加,芴的荧光强度呈现递增的趋势,说明天冬氨酸-β-CD与芴发生了明显的包结作用。镉与天冬氨酸-β-CD作用前后的XPS结果表明镉与天冬氨酸-β-CD分子结构中的氨基和羧基很好的发生了配位作用。 (2)芴的增溶实验研究表明:天冬氨酸-β-CD对芴的增溶效果显著增强,而且天冬氨酸-β-CD对芴的增溶能力好于β-CD,随着天冬氨酸-β-CD浓度的增加,其对芴的增溶倍数继续增加;镉的增溶实验研究表明:天冬氨酸-β-CD对镉的增溶效果增强显著,随着天冬氨酸-β-CD浓度的增加,其对镉的增溶倍数继续增加,在天冬氨酸-β-CD浓度为20g/L时,水溶液中溶解态的镉浓度达到1510.8mg/L。此外,在10g/L的不同类型β-环糊精衍生物中,天冬氨酸-β-CD对镉的增溶效果好于2-羟丙基-β-CD、甲基-β-CD和β-CD。 (3)通过β-CD和天冬氨酸-β-CD在土壤表面的吸附行为研究发现,天冬氨酸-β-CD的水溶性更好,Langmuir拟合的β-CD的饱和吸附量为95.58mg/g,而天冬氨酸-β-CD只有21.49mg/g,天冬氨酸-β-CD比β-CD更适合作为土壤污染物解吸剂。加入天冬氨酸-β-CD后,芴在土壤表面的分配系数逐渐减小,天冬氨酸-β-CD对芴的包结作用改变了芴在土壤-水界面的分配行为。天冬氨酸-β-CD作用下,镉在土壤表面的分配行为也受到明显影响,随着天冬氨酸-β-CD浓度的增加,镉的分配系数也是逐渐减小,天冬氨酸-β-CD对镉的配位作用导致镉更有利于从土壤表面解吸下来进入土壤溶液。 (4)采用盆栽实验模拟了紫花苜蓿修复有机物芴和重金属镉的污染土壤。植物对天冬氨酸-β-CD的耐受性表明,在一定的浓度范围内,这种新型的增效剂对植物生长的毒害并不明显。经过90天的生长,各种复合污染处理下紫花苜蓿生长正常,有无添加增效剂的情况下,镉对植物的毒害现象还是比较明显的,而有机物芴对紫花苜蓿的生长则没有明显的抑制。有无植物、有无添加增效剂情况下有机物芴的去除效果显示,种植物的去除率为47.24%、45.78、50.72%,而非植物部分仅为32.1%、30.83%、36.56%。加入天冬氨酸-β-CD的植物与对照组相比,分别增加了8.6%、17.5%、1.7%。紫花苜蓿对复合污染土壤中镉的作用结果显示,在镉浓度为5mg/kg时,添加改性剂天冬氨酸-β-CD后,苜蓿根部分别增加了17.7%、29.2%、48.6%,茎叶部增加了13%、11.9%、4.08%。紫花苜蓿对镉的植物去除率大概在5%-9%之间,而在加入天冬氨酸-β-CD之后,低浓度镉水平下,随着芴浓度梯度的增加,苜蓿对镉的植物去除率也逐渐递增,与对照组相比分别增加了22.2%、22.5%、32.7%。 (5)从植物对有机物芴的去除机制分析可得,植物-微生物的交互作用是芴污染土壤中芴消失的主要途径;此外,在添加改性剂后,微生物作用去除与对照组相比,有一定的增加,增加了6.8%。而植物对重金属镉的去除主要是植物累积的作用,达到了镉消失的84.1%,在加入天冬氨酸-β-CD后,植物累积部分达到了86.95%。