紫外辐照改性生物炭对土壤中Cd的稳定化效果

以废椰子壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照改性生物炭,探究改性生物炭对土壤中Cd的钝化效果。通过改性生物炭对溶液中Cd~(2+)的等温吸附实验表明,经过16 h辐照后的生物炭吸附效果最好,对溶液中Cd~(2+)的吸附量可达67.46 mg·kg~(-1)。通过添加不同生物炭含量(0、1%、3%、5%和10%)对土壤中Cd的修复实验发现,生物炭的添加可以提高酸性土壤的pH值,但经紫外辐照改性后的生物炭对pH值改变能力不如未改性生物炭。此外,生物炭的添加可使土壤中弱酸提取态和可还原态Cd向可氧化态转化,紫外辐照改性可显著提高这一能力。改性生物炭对土壤中Cd的钝化与表面含氧官能团有关。     

磷酸改性纳米黑碳的制备及对Cd的吸附研究

为提高纳米黑碳(BC)对Cd的吸附钝化效果,以磷酸为改性剂对BC进行改性,通过单因素实验探究不同改性条件对吸附性能的影响,分别改变磷酸浓度、反应温度、反应时间3个要因素,以Cd~(2+)污染模拟水样为研究对象,确定最佳改性参数,同时使用Zeta电位仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪对磷酸改性纳米黑碳(MBC)进行表征,并且通过吸附等温线和吸附动力学实验研究MBC对于Cd~(2+)的吸附过程。研究结果表明,MBC改性最佳条件为2mol/L磷酸55℃水浴加热1.0h。吸附在20min后达到平衡,对Cd~(2+)的最大吸附量为345.329mmol/kg,为优惠吸附,等温吸附拟合更符合Langmuir方程。MBC表面孔隙度、比表面积、结晶度以及表面电荷数较改性前均明显增加,对Cd~(2+)有很强的吸附能力,适用于Cd污染治理。     

蚓粪腐殖酸对Cd2+的吸附作用研究

以蚯蚓粪中提取到的腐殖酸为研究材料,采用傅里叶变换红外光谱仪分析了蚓粪腐殖酸的功能基团组成,考察了pH、Cd~(2+)初始浓度和吸附时间对蚓粪腐殖酸吸附Cd~(2+)的影响,得到蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的最佳吸附条件。研究结果表明:蚓粪腐殖酸的红外光谱特征吸收峰主要位于3 300～3 600cm-1,主要功能基团为羧基、羟基和胺基;pH小于4.0时,蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附效果较差,近中性条件下吸附效果最佳;Cd~(2+)初始浓度对吸附效果影响较大,Langmuir模型模拟得到Cd~(2+)的最大饱和吸附量为4.47mg/g;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附作用较为稳定,吸附40min后基本达到饱和;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)有较强的吸附能力,为土壤Cd~(2+)污染修复提供参考。     

草炭对Cd~(2+)的吸附及其用于Cd污染土壤修复的实验研究

通过室内模拟实验研究了草炭对Cd2+的典型吸附特征,以及添加草炭对Cd污染土壤中其浸出毒性和存在形态的影响。结果表明,溶液pH为3~6时,草炭对Cd2+的吸附量随着pH升高而增加,pH为6~8时草炭对Cd2+的吸附量趋于平稳;当溶液体系Cd2+初始质量浓度不超过800mg/L时,草炭对Cd2+的吸附未达到平衡,其吸附率随Cd2+初始浓度的增大而由98.60%降低至88.53%;草炭对Cd2+的等温吸附行为可用Langmuir、Freundlich方程拟合,r均达到极显著水平;添加草炭能降低轻污染(总Cd为3.0mg/kg)土样中Cd2+浸出量,Cd2+钝化率随草炭添加量增加而增加;相对较低(1%~2%,质量分数,下同)的草炭添加量对重污染(总Cd为6.0mg/kg)土样中的Cd2+表现出活化效果,导致Cd2+浸出量增加;但较高(4%)的草炭添加量下,重污染土样中Cd2+的钝化率要明显大于轻污染土样;添加草炭能影响土样中Cd的存在形态。在2种污染程度的土样中添加草炭后,有效态、无机结合态和残留态Cd所占比例均降低,而有机结合态Cd所占比例均增加。     

Cr、Ni、Cu和Cd在珠三角某区域工业污染场地包气带和潜水层中的迁移规律

为了探索污染场地"土壤-潜水含水层岩土-潜水"系统中同种重金属在3种环境介质中的定量关系和迁移规律,在珠三角某区域46个可能受Cr、Ni、Cu和Cd污染场地建设了61眼地下水监测井,同址采集61组表层(0~20 cm)土壤、潜水层岩土和潜水样品,并从3个污染场地采集了直径19 cm,高分别为103、81和79 cm的3个原状土柱,用于土柱淋溶实验,研究了土柱中Cr、Ni、Cu和Cd在垂直剖面上的形态分布特征和淋溶特征。结果表明:潜水中Cr、Ni、Cu和Cd含量与表层土壤和潜水层岩土中弱酸提取态含量间存在定量关系,最佳拟合函数均为三次函数,特别是Cr、Cu的函数有很好的相关性(决定系数R2均大于0.97)。每20 cm一层分析原状土柱中Cr、Ni、Cu和Cd的全量和形态分布,同种重金属在3个原状土柱表层土壤中全量和弱酸提取态含量占整个土柱比例均最高,均超过50%,土柱中Cr、Ni、Cu和Cd的全量和弱酸提取态含量随着土柱深度增加都明显减少。土柱淋溶实验结果表明,淋出液中Cr、Ni、Cu和Cd含量与表层弱酸提取态含量显著相关,黏粒含量高和阳离子交换量大的土壤对Cu的淋溶有抑制作用。建议在重金属污染场地调查和修复时,充分考虑弱酸提取态在"土壤-潜水含水层岩土-潜水"系统中的"桥梁"作用。     

模拟酸雨对磷酸二氢钾钝化污染土壤Cu、Cd、Pb和P释放的影响

以磷酸二氢钾(PDP)钝化后的重金属污染土壤为研究对象,通过室内土柱淋溶实验,考察在pH为3.5、4.5和5.6的模拟酸雨作用下土壤Cu、Cd、Pb和P的释放特征。结果表明:PDP处理较对照处理显著增加了淋出液中pH、电导率(EC)和总有机碳(TOC)含量,但不同pH模拟酸雨对对照和PDP处理淋出液pH、EC和TOC含量影响较小。对照处理中,正磷酸盐含量维持在较低水平(0.02~0.13 mg·L~(-1));PDP处理下,正磷酸盐含量在1~3 L和4~12 L分别是《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)五类水标准(总磷含量0.4 mg·L~(-1))的55.1~819倍和9.46~46.6倍,对地表水表现出较大的富营养化风险。PDP处理较对照处理显著降低了淋溶初期淋出液中的Cu、Cd和Pb含量,但是随模拟酸雨pH降低,对照和PDP处理的土壤淋出液中Cu、Pb含量均未表现出显著差异。因此,PDP处理能够显著钝化污染土壤中的Cu、Cd和Pb,但需关注酸雨淋溶下过量磷释放对地表水富营养化的潜在风险。     

海藻酸钠-改性碳纤维复合材料对水中Cd~(2+)的吸附研究

采用海藻酸钠与改性聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)制作复合材料吸附去除水溶液中的Cd~(2+),考察不同吸附时间和溶液pH对Cd~(2+)吸附效果的影响。结果表明,改性后PAN-CF的表面官能团增加,表面能提高,相比于未改性PAN-CF制备的复合材料,改性PAN-CF能够缩短复合材料对Cd~(2+)的饱和吸附时间,增加Cd~(2+)饱和吸附量,随着溶液pH的升高,复合材料对Cd~(2+)的吸附量呈先增加后下降的趋势,pH=6时Cd~(2+)的吸附量最大,为162.8mg/g。     

不同Cd污染特征稻田施用钝化剂对水稻吸收积累Cd的影响

选择长株潭地区典型化工点源污染、污水灌溉面源污染和大气沉降面源污染的镉(Cd)污染稻田,研究钝化剂施用对稻田土壤Cd形态、水稻Cd含量的影响。结果表明,不同Cd污染特征稻田施用石灰对水稻产量无显著影响,但能显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量和水稻稻米及茎叶Cd含量;而施用钝化剂不仅可显著提高土壤pH,降低土壤有效态Cd含量、水稻稻米与茎叶Cd含量,还可增加水稻产量。通过钝化剂用量与产量的二次拟合曲线计算可知,北山、梅林桥、大同桥三实验点最高理论产量分别为7 879、9 274和9 064 kg·hm~(-2),对应的钝化剂施用量分别为1 557、1 248和2 752kg·hm~(-2);而钝化剂用量与稻米Cd含量的二次拟合曲线计算可知,三实验点最低理论稻米Cd含量分别为0.143 8、0.063 7和0.232 4 mg·kg-1,对应的钝化剂施用量分别为2 079、1 823和1 689 kg·hm~(-2)。研究结果还表明,Cd污染源对钝化剂降低土壤Cd有效性无显著影响,但会影响水稻对Cd的吸收积累。大同桥点施用石灰和钝化剂皆可显著降低土壤有效态Cd含量,但受污水灌溉的影响,稻米Cd含量较高;化工点源污染的北山点土壤有效Cd含量虽高,因污染源已断,施用石灰和钝化剂皆能显著降低土壤Cd的有效性和稻米Cd含量;而受大气沉降污染的梅林桥点,土壤Cd含量虽高,但土壤Cd有效性较低,施用石灰和钝化剂皆可有效钝化土壤中的Cd,并显著降低稻米Cd含量。     

钝化材料复配对土壤Cd生物有效性的影响

为了得到效果好的复配钝化材料,采用正交设计,通过培养实验探讨生物炭、粉煤灰、汉白玉3种钝化材料不同复配方式对土壤pH的影响和对镉(Cd)的钝化效果,从中筛选出6种效果较好的复配方式,并以小白菜为供试植物,通过盆栽实验和大田实验探讨了钝化材料复配对土壤Cd生物有效性的影响。结果表明:3种钝化材料不同复配方式均能显著提高土壤pH,降低土壤有效Cd含量,统计分析发现钝化材料复配过程中对Cd降幅的影响表现为汉白玉粉煤灰生物炭。钝化材料添加后,盆栽和大田条件下小白菜可食部位Cd含量均显著降低,综合2种实验条件下小白菜生物量和可食部位Cd含量的变化,1.5%生物炭+1.5%粉煤灰+0.5%汉白玉、1%生物炭+0.5%粉煤灰+1%汉白玉2种复配方式效果最好。     

磷改性生物炭对Pb、Cd复合污染土壤的钝化效果

中国存在着较大面积受重金属污染土壤,尤其是Pb、Cd两种重金属的复合污染较常见。利用磷改性生物炭对Pb、Cd复合污染土壤展开修复研究。结果表明:(1)磷改性生物炭可使土壤中Pb、Cd由弱酸提取态向可氧化态、残渣态转变,Pb的可氧化态和残渣态分别增加了19.4、16.9百分点,Cd的可氧化态、残渣态分别增加了17.4、9.9百分点;(2)磷改性生物炭可提高土壤有效磷,有效磷最终稳定在39 mg/kg左右;(3)磷改性生物炭能显著增加土壤阳离子交换量至19.3 cmol/kg。磷改性生物炭不仅能有效钝化重金属,还能有效改善土壤质量。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

海泡石及其复配材料钝化修复镉污染土壤

选取湖北大冶Cd污染土壤,采用室外盆栽实验,研究了海泡石、酸改性海泡石以及二者与石灰、磷酸盐配合使用对油菜生物量、体内Cd含量以及土壤pH和有效态Cd含量的影响。结果表明,不同钝化剂处理均能有效提高油菜地上部和根部生物量,最大分别提高1.03和1.43倍,复合处理以及改性海泡石单一处理的增产效果优于海泡石单一处理。不同钝化剂处理均能显著降低油菜地上部和根部Cd含量,最大分别降低66.40%和22.68%。钝化剂复合处理比单一处理对降低油菜Cd吸收的效果显著,6%的钝化剂添加量较为合适。钝化剂复合处理以及海泡石单一处理均能显著提高土壤pH。不同钝化剂处理均能显著降低土壤有效态Cd含量,钝化剂复合处理对土壤Cd有效性的影响要比单一处理显著。综合实验结果,海泡石与磷酸盐复合处理对土壤Cd污染的钝化修复效果最佳。     

矿物材料对Cd污染土壤中Cd的钝化效果

采用土壤培养实验,研究了海泡石、钙基膨润土、钠基膨润土、汉白玉和石灰5种矿物材料在3个添加量下对Cd污染土壤p H和CEC、Cd植物有效性、浸出毒性和生物可给性以及Cd形态分布的影响。结果表明:几种矿物材料均可显著提高土壤p H和CEC。与对照相比,添加几种矿物材料后土壤p H提高0.46~1.15个单位,CEC增加5.8%~39.3%,其提高幅度随添加量的增加而增大。添加矿物材料显著降低土壤Cd的植物有效性(DTPA-Cd)、浸出毒性(TCLP-Cd)和生物可给性(SBET-Cd),且DTPA-Cd、TCLP-Cd和SBET-Cd含量的降低比例分别为9.4%~27.5%、6.4%~23.8%和7.7%~20.5%。添加几种矿物材料后,土壤中酸提取态Cd含量显著降低,残渣态Cd含量显著增加,可还原态和可氧化态Cd含量无明显变化。与对照相比,土壤酸提取态Cd含量降低6.2%~31.4%,残渣态Cd含量增加2.8%~9.7%。几种矿物材料中,海泡石和汉白玉对土壤Cd钝化效果相当,且优于其他矿物材料。     

发酵鸡粪和有机磷肥对土壤中Pb、Cd污染的影响

研究了湘西地区常用的发酵鸡粪和有机磷肥施用对不同程度Pb、Cd复合污染土壤中乙三胺五醋酸(DTPA)提取态Pb(DTPA-Pb)、DTPA提取态Cd(DTPA-Cd)和土壤酶的影响,并研究了对于种植黑麦草(Lolium perenne L.)的影响。结果表明:(1)施用发酵鸡粪和有机磷肥均能显著改善土壤酸性,一定程度上提高土壤有机质含量。在加入质量浓度200mg/kg总Pb、2mg/kg总Cd复合污染土壤中施用有机磷肥,能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但在400mg/kg总Pb、4mg/kg总Cd复合污染土壤中钝化效果有限,其优先钝化DTPA-Pb。施用发酵鸡粪不能有效钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd。(2)施用发酵鸡粪和有机磷肥均显著提高黑麦草鲜重。虽然施用有机磷肥能更有效的钝化土壤DTPA-Pb、DTPA-Cd,但对于黑麦草种植而言,施用发酵鸡粪能更有效的降低其对Pb和Cd的积累,并且主要积累到根部。(3)施用发酵鸡粪对土壤碱性磷酸酶活性、脱氢酶活性和脲酶活性有显著的促进作用。综合而言,湘西地区种植牧草黑麦草,施用发酵鸡粪比较合适,能有效改善土壤酸性,提高黑麦草鲜重和土壤酶活性,降低黑麦草对Pb和Cd的积累。     

氧化镁、生物炭与钙镁磷肥对Cd污染农田土壤的协同钝化修复

基于西南地区某实际Cd污染农田土壤探究3种修复材料(氧化镁、生物炭与钙镁磷肥)单独及联合使用对Cd的钝化效果，重点探究材料联合使用时投加比、养护时间、养护方式以及养护含水率对Cd污染农田土壤钝化修复效果的影响。结果表明，氧化镁、生物炭与钙镁磷肥联合使用对农田土壤中有效态Cd的钝化修复效果较3种材料分别单独使用更显著。3种材料联合使用(以质量比1∶1∶1配制)投加比(以质量分数计)为0.5%,采用密闭养护方式养护5 d且养护含水率为60%,该实际农田土壤中有效态Cd含量降低了42.1%,远超出一般农田修复与风险管控项目对有效态Cd降低10%～30%的修复目标要求。     

淹水条件下蚕沙复配材料对酸性水稻土中镉铅钝化的影响

通过室内淹水土培实验,研究蚕沙配施蚕沙炭、膨润土、腐殖质钾和泥炭对酸性水稻土中镉(Cd)、铅(Pb)的钝化效果,从土壤pH、有机质、有效态Fe、Mn含量变化初步探析蚕沙复配材料对镉、铅的钝化机制。结果表明,蚕沙复配材料均不同程度地提高了土壤pH和有机质含量,有效态Cd、Pb的含量随着淹水时间的延长都有不同程度的降低。培养28d后,与对照相比,添加了蚕沙+蚕沙炭(CB)、蚕沙+腐殖质钾(CF)、蚕沙+蚕沙炭+腐殖质钾(CBF)、蚕沙+泥炭(CN)处理的土壤有效态Cd分别降低了16.07%、15.51%、11.08%、7.76%,有效态Pb则降低了32.54%、27.12%、37.72%、42.31%。其中蚕沙+蚕沙炭(CB)对镉的钝化效果最好,蚕沙+泥炭(CN)处理对铅的钝化效果最好,综合来看,CB和CN处理同时对镉铅有很好的钝化效果,可以作为镉铅复合污染土壤的修复材料。相关分析结果显示,土壤的pH、有机质与有效态Cd、Pb含量均呈显著负相关关系,表明蚕沙复配材料对土壤中镉、铅的钝化作用可以通过提高土壤的pH、有机质含量来实现。     

热解条件对茶叶渣生物炭特性及镉污染土壤钝化效果的影响

以泡饮过的废弃茶叶为实验原料,通过不同热解温度(300、400、500和600℃)和热解时间(1 h和2 h)制备生物炭,探讨不同热解条件对茶叶渣生物炭(TSBC)的特性及其对镉(Cd)污染土壤钝化效果的影响。结果表明:热解温度的升高可明显增加TSBC的p H和比表面积,降低生物炭的产率、电导率和表面官能团的数量,使TSBC具有弱碱性、较大比表面积和较强的稳定性,对改良酸性土壤和吸附重金属存在一定潜力;而热解时间对其特性没有明显差异,与对照组相比,添加TSBC明显增加了Cd污染土壤的p H、有机碳(SOC)和可溶性有机碳(DOC)含量,但随着制备温度的升高,Cd污染土壤中SOC和DOC增加幅度逐渐降低。添加TSBC显著降低Cd污染土壤中可交换态镉的比例,当热解温度为500~600℃时降幅最显著,其下降比例与对照相比最高可达25.56%;残渣态镉比对照增加了0.88~1.18倍。因此,TSBC对镉污染土壤有较好的钝化效果,这为重金属污染土壤的修复和生活废弃物的资源化利用提供了理论依据。     

生物炭对Cd污染土壤的修复效果与机理

通过修复培养实验和BCR连续提取实验研究牛粪生物炭(DM)和水稻秸秆生物炭(RS)对2种镉污染土壤的修复效果、影响因素及修复后的Cd的形态分布,探讨可能存在的修复机理。经56 d修复后,与CK相比,5%添加量的牛粪生物炭(DM5%)和水稻秸秆生物炭(RS5%)使TCLP提取态Cd在S1土壤中分别降低了15%和18%,在S2土壤中分别降低了5%和6%。但生物炭添加量为1%时对S2土壤中Cd无显著修复效果。DM5%和RS5%处理使Cd的酸可溶态在S1土壤中降低8.66%和9.25%,在S2土壤中降低7.86%和13.4%,相应的残渣态在S1土壤中升高8.30%和10.54%,在S2土壤中升高8.67%和14.92%。同时,DM5%和RS5%处理使土壤p H提高了7.69%~13.13%,TCLP提取态P增高了0.046~0.39 mg·g~(-1)。结果表明,添加量为5%的牛粪生物炭和秸秆生物炭可有效修复Cd污染土壤。     

羟肟酸功能化PMMA/AM/HOA的合成及对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能

用悬浮聚合法合成了甲基丙烯酸甲酯(MMA)与丙烯酰胺(AM)的共聚物PMMA/AM,再经羟胺改性制备了含羟肟酸功能基的改性PMMA/AM/HOA树脂。通过红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)对PMMA/AM/HOA树脂的结构和稳定性进行了表征。以PMMA/AM/HOA为吸附剂,考察了温度、吸附时间、pH值和金属离子浓度等条件对Hg~(2+)、Cd~(2+)两种金属离子吸附性能的影响。结果表明,改性树脂对Hg~(2+)、Cd~(2+)具有良好的吸附能力,其实验吸附量分别为0.822和0.384 mmol·g~(-1)。改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附过程符合拟二级动力学方程,25℃时其二级动力学吸附速率常数分别为5.301×10~(-2)和3.582×10~(-2)g·(mmol·min)~(-1);改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附量随温度的升高有所增大,吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温式。     

不同钝化剂对降低水稻糙米Cd积累及土壤性状的影响

为探索降低重金属食物链污染风险的有效途径,在广东地区Cd污染稻田进行了4种钝化剂(腐殖酸钾、硅素调理剂、营养型阻控剂和复混钝化剂)田间小区试验,研究其对稻田土壤性状及水稻糙米Cd积累的影响。结果表明,与不加钝化剂的对照相比,钝化剂处理的水稻糙米Cd降低了19.7%(质量分数,下同)~60.5%,稻壳Cd降低了12.4%~52.1%,营养型阻控剂和腐殖酸钾降低糙米及稻壳Cd的效果较好。4种钝化剂对土壤pH、有效态Cd均无显著影响。相关分析和综合评价结果表明,水稻糙米Cd与土壤有效Ca和有效Mg呈显著负相关;4种钝化剂中,营养型阻控剂对Cd污染稻田的综合修复效果最好。