【摘 要】
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随着工农业迅速发展,重金属铅污染问题日益突出。铅是生物发展的非必需元素,极易通过食物链积累威胁人类健康,寻求低成本且高效率的治理铅污染水体及土壤的方法成为研究热点。本文以核桃壳生物炭(BC)为原料,对其进行改性制成磁性氨基核桃壳炭(CMBC),通过一系列表征方法分析CMBC的理化性质,探究这两种材料对水中Pb(II)的吸附机理和作用效果,并考察CMBC对铅污染土壤的理化性质、铅的赋存形态及植物对铅
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随着工农业迅速发展,重金属铅污染问题日益突出。铅是生物发展的非必需元素,极易通过食物链积累威胁人类健康,寻求低成本且高效率的治理铅污染水体及土壤的方法成为研究热点。本文以核桃壳生物炭(BC)为原料,对其进行改性制成磁性氨基核桃壳炭(CMBC),通过一系列表征方法分析CMBC的理化性质,探究这两种材料对水中Pb(II)的吸附机理和作用效果,并考察CMBC对铅污染土壤的理化性质、铅的赋存形态及植物对铅的积累情况的影响。具体研究结果如下:(1)以环境友好、成本低廉的核桃壳为母本材料,通过负载Fe3O4颗粒、交联壳聚糖,合成磁性氨基核桃壳生物炭(CMBC)。该材料具有官能团丰富、芳香性强、吸附性强等优点,可以提高对Pb(II)的吸附效率,对于水体的适用p H与污染浓度范围也更为宽泛,因此其吸附性能优于未改性核桃壳炭(BC)。Langmuir模型和PF-second模型可以较好描述CMBC对Pb(II)的动力学吸附和等温吸附过程。(2)将BC和CMBC用于水相中Pb的去除对照实验,发现CMBC相较于BC的去除率和吸附容量都大幅提高。探究了初始条件对BC和CMBC吸附性能的影响,初始p H为5.0时,二者的吸附能力最强,温度为298K时,CMBC对100 mg/L含铅溶液的去除率可达99.58%,较未改性核桃壳炭BC提高了27.21%,且可重复利用性优于BC。在重金属Pb(II)与Cd(II)共存的双系统中,CMBC优先吸附Pb(II),可能是因为CMBC上的活性基团更易与Pb(II)形成更为稳定的络合物。(3)施加CMBC到土壤中可以改良土壤的营养环境条件,不同程度上刺激酶活性,从而促进动植物、微生物代谢。说明其对于改良土壤环境有可观的效果。(4)铅污染土壤中施加CMBC后,Pb的形态分布发生变化,施加CMBC比例为5%时效果最好,酸可提取态和还原态分别降低了15.61%、15.43%,比较稳定的氧化态和残渣态增加了18.09%、12.95%。表明CMBC降低了土壤铅的迁移性及生物有效性,使毒性降低。CMBC钝化Pb污染土壤的机制主要有:与盐离子形成金属沉淀,与离子化的基团形成络合物,与活性较强的官能团通过分子内结合或分子间作用形成金属螯合物。(5)小白菜盆栽实验证明CMBC能降低铅在植株体积内的积累,提高其生物量,降低根部的富集系数,从而减轻Pb对小白菜的毒害作用。
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