植物根际分泌有机酸对生物炭吸附Pb (Ⅱ)的影响

本研究采用室内模拟实验的方法,考察了生物炭（热解温度200,300,400,500℃）对Pb（Ⅱ）的吸附行为,并以草酸和柠檬酸为代表,探讨有机酸对生物炭吸附Pb（Ⅱ）的影响.结果表明：Langmuir模型较Freundlich模型更适合于对两类生物炭（花生壳生物炭、松木生物炭）吸附Pb（Ⅱ）的数据进行拟合,200℃制备的花生壳生物炭对Pb（Ⅱ）的吸附容量最大;生物炭吸附Pb（Ⅱ）的过程为自发过程,且花生壳生物炭强于松木生物炭,低温生物炭强于高温生物炭;柠檬酸浓度为2.60×10^-2mmol/L及草酸浓度为7.65×10^-2mmol/L以下时,其在生物炭表面的吸附为Pb（Ⅱ）提供了更多的吸附位点,从而促进了Pb（Ⅱ）吸附;有机酸浓度增大以后,占据生物炭的内部孔隙,竞争重金属吸附位点,从而抑制了Pb（Ⅱ）在生物炭上的吸附.本研究将为系统认识生物炭的环境效应提供重要的基础信息,有助于全面评估有机酸影响下生物炭在环境修复中的功能.     

不同污染区巨菌草生物炭内源污染物分布及其生物毒性

由于生物质原料来源广泛,缺乏生物炭内源污染物及其用量限制标准,极有可能将含有高内源污染物的生物炭用于环境修复,产生潜在的环境风险.采用清洁区、中度和重度污染区的巨菌草为原料制备生物炭,考察其内源铜（Cu）和镉（Cd）全量及其酸溶态含量和持久性自由基（PFRs）分布,并研究生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率和抗氧化酶活性的影响.结果表明,重度污染区九牛生物炭Cu和中度污染区水泉生物炭中Cd含量分别是清洁区红壤生物炭Cu和Cd的3.73倍和4.43倍,九牛生物炭中酸溶态Cu含量分别是水泉和红壤生物炭的3.32倍和2.84倍,水泉和九牛生物炭中酸溶态Cd含量分别是红壤生物炭的7.95倍和5.11倍.3种生物炭中均含有相邻氧原子以碳为中心的PFRs,表现为：红壤>九牛>水泉.3种生物炭浸出液对小麦根伸长均表现为抑制作用,但均不同程度地提高了小麦幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性,其中九牛生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率最高,达到27.7%.本研究表明,生物炭中内源重金属及PFRs等污染物的共同作用对小麦幼苗产生了显著的生物毒性,后期的研究需关注生物炭内源污染物的潜在环境风险,避免产生二次污染等环境问题.     

改良剂对污染土壤上蔬菜生长及吸收重金属的影响

通过盆栽试验研究了石灰、钙镁磷肥、海泡石3种改良剂对重金属As、Cd、Pb和Zn复合污染土壤上蔬菜生长及其吸收重金属的影响,并表征了土壤有效态重金属含量、pH及脲酶活性等指标变化。研究结果表明,施加石灰和钙镁磷肥可以促进蔬菜生长,其中,石灰处理下小白菜生物量较对照提高了99.0%;石灰和钙镁磷肥处理下,西红柿茎叶生物量分别比对照提高了80.7%和82.3%。施用改良剂提高了土壤pH和脲酶活性,土壤有效态重金属含量不同程度降低,特别是海泡石的后期修复效果明显。与对照相比,石灰和钙镁磷肥处理显著降低小白菜叶中As含量,明显抑制西红柿茎叶对As、Cd和Pb的吸收(p<0.05);施加石灰明显降低小白菜叶中Cd和Pb含量(p<0.05)。然而,海泡石对抑制蔬菜吸收重金属的效果不明显。石灰和钙镁磷肥能有效抑制重金属从蔬菜根部向地上部转运,可作为重金属污染土壤上种植农作物优先考虑施用的改良剂。     

原料和制炭方式对生物炭吸附抗生素的影响

为研究原料和制炭方法对生物炭吸附抗生素性能的影响,选取芦苇、棉杆和竹柳,经限氧和曝氧法制备得到生物炭,研究其对土霉素（OTC）和磺胺甲恶唑（SMX）的吸附性能及其吸附机理.研究发现：物源特征和制炭方法共同决定了生物炭对抗生素的吸附功效.芦苇和棉秆宜采用限氧法制备成炭,竹柳宜采用曝氧法制备成炭;整体上以曝氧竹柳炭对抗生素的吸附性能最优,单一浓度（50mg/L）下,其对OTC和SMX的吸附量分别为11.98和10.12mg/g.批吸附实验和傅里叶变换红外光谱分析表明,π-π EDA相互作用是竹柳炭吸附抗生素的主要机理.静电吸引有助于高pH值下曝氧竹柳炭对OTC的吸附,而孔隙填充可能对曝氧竹柳炭吸附SMX起到促进作用.曝氧竹柳炭对抗生素的吸附性能优于其他炭品,是去除水体抗生素的优选材料.     

磷酸对八宝景天热解过程中As、Pb迁移转化的影响

本文利用管式炉在不同温度下对八宝景天进行直接热解和磷酸预处理热解,研究了As、Pb的迁移特性和形态分布.结果表明：生物炭中As的回收率随温度升高波动,Pb的回收率随温度升高先增大后减小,As、Pb的回收率均在500℃时达到最大,分别为66.2%和73.08%.添加8%磷酸后As、Pb回收率在一定温度范围内增加,并在300℃时达到最大值,分别为83.75%和92.78%.热解温度由300℃升到600℃时,生物炭中As的稳定形态（F4+F5）由不足20%增加到70%左右,Pb的最稳定形态（F5）由3%增加到32%.添加8%磷酸热解后,生物炭中As的稳定性小幅增加,500和600℃时F5分别增加20%和5%;Pb的稳定性显著增加,（F4+F5）均达到90%以上.磷酸添加量对重金属形态分布无明显影响.实验结果表明采用磷酸预处理用于修复植物热解可提高生物炭中重金属As、Pb的回收率及稳定性,并可降低其生态风险指数.     

菜籽饼生物炭中污染物赋存特征及其用于土壤改良的适宜性评价

生物炭作为土壤改良剂在农业生产活动中具有巨大的应用价值,但其自身携载的污染物可能会对环境产生影响,因而需要引起关注. 以菜籽饼为前体材料,采用厌氧炭化法于200~700 ℃下制备生物炭,研究了生物炭中PAHs(多环芳烃)、重金属及矿质元素的赋存特征,评估了施用生物炭的环境适宜性. 结果表明:生物炭中PAHs总量(以w计)为0.2~3.4 mg/kg,重金属及矿质元素Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Fe和Mn的全量(以w计)分别为8.9~23.3、149.9~372.1、1.1~1.9、<0.014、6.3~14.8、5.9~14.0、140.6~462.1和86.8~269.2 mg/kg. 所有生物炭的PAHs总量和重金属全量均低于我国、美国及欧洲国家的污泥农用控制标准(以上各国PAHs总量以及Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni全量的最低标准值分别为6、250、500、300、5、600和100 mg/kg),少数生物炭中易淋溶态Mn质量浓度超过以上国家的地下水或饮用水标准(各国的最低标准值为50 μg/L). 总之,高温(500~700 ℃)条件下制备的生物炭中PAHs总量及易淋溶态元素质量浓度较低,适宜在土壤中施用.      

广东大宝山多金属污染排土场耐性植物与改良剂稳定修复研究

通过在广东大宝山多金属污染排土场种植重金属耐性作物红麻、苎麻,辅以石灰+有机肥、石灰+生物炭的土壤改良,研究不同植物稳定修复模式下植物的生长状况、土壤pH与重金属含量、径流液产生与理化性质的变化情况.结果表明:改良剂处理有效促进红麻、苎麻生长,提高株高、根长和生物量,有助于排土场土壤的植被恢复.石灰与有机肥、生物炭的施加可以改善土壤酸性环境,将土壤pH由酸性显著提高至中性,降低土壤重金属生物有效性,且生物炭的作用更显著;随着红麻、苎麻稳定修复时间的增加,土壤重金属有效态含量呈一定程度下降趋势.植物的定植和土壤改良还可以减少地表径流的产生;提高径流液pH,但pH会随着修复时间的增加而下降;径流液中溶解态和悬浮态重金属含量均在植物稳定修复过程中得到降低,土壤中重金属污染物的扩散迁移得到有效控制.     

制备温度对竹炭基生物炭理化特征的影响

生物炭作为新型环境功能材料,在环境污染修复、土壤改良、温室气体减排、强化污水生物脱氮方面应用前景广阔。为探究不同制备温度对竹炭基生物炭理化特征的影响,以竹粉为原料在不同温度条件下制备生物炭,并对其得失电子能力（EEC）、表面官能团及元素组成等进行表征。结果表明:当热解温度从300℃升高到700℃的过程中,电子供给能力（EDC）总体呈先升高再降低的规律,其中300,400℃下热解得到的生物炭EDC最高,分别为0.33,0.35 mmol e-/g,具有更高的强化生物脱氮潜能;600℃下制备的生物炭EDC最低,为0.07 mmol e-/g。由元素含量计算所得的平均氧化度C_ox与EDC的结果相对应。随着制备温度的升高,热解所得生物炭的平均氧化度由负值变为正值,300,400℃下热解得到的生物炭的C_ox为负值,表明300,400℃条件下比500~700℃下所得生物炭还原性更强,氧化性更弱,即电子供给能力（EDC）更大,电子接收能力（EAC）更小。傅里叶红外光谱结果显示,300,400℃下热解所得生物炭羟基含量最高,与其EDC的结果相吻合。     

水稻秸秆生物炭中铜和镉的形态分布及释放特性

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省贵溪铜冶炼厂周边九牛岗污染区和中国科学院鹰潭红壤生态实验站清洁区种植的水稻秸秆制备生物炭（分别记为“九牛岗生物炭”和“红壤站生物炭”）,分析两种生物炭中Cu、Cd的含量及其化学形态分布,考察不同固液比及pH对生物炭中Cu、Cd浸出的影响.结果表明:九牛岗生物炭中Cu、Cd的总量（以w计）分别为119.99、3.83 mg/kg,显著高于红壤站生物炭（19.50、0.96 mg/kg）.尽管九牛岗生物炭中w（酸溶态Cu）、w（酸溶态Cd）显著高于红壤站生物炭,但在形态分布上,九牛岗生物炭中Cu、Cd主要为相对稳定态（可氧化态和残渣态）,二者占比分别为80.3%、76.7%,高于红壤站生物炭（二者占比分别为53.2%、48.0%）.高固液比和低pH可有效增加两种生物炭中Cu、Cd的浸出毒性,其中,九牛岗生物炭在固液比为1:20和1:60时,浸出液中ρ（Cu）、ρ（Cd）均超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅱ类标准限值.动力学及累积释放试验表明,两种生物炭中的部分Cu、Cd可在短时间内迅速释放而后逐渐平稳并有上升趋势,且九牛岗生物炭中Cu、Cd释放量显著高于红壤站生物炭.研究显示,来自污染区水稻秸秆生物炭中的Cu、Cd活性显著高于清洁区生物炭,具有更高的环境风险.      

不同制备温度的水稻生物炭电子交换能力研究

为探究不同热解温度下生物炭的电子交换能力,通过限氧升温炭化法,利用水稻秸秆在不同热解温度条件下制备生物炭,与氧气、铁氰化钾氧化剂和柠檬酸钛还原剂进行氧化还原反应,对生物炭的得电子能力（EAC）和失电子能力（EDC）进行定量分析.结果显示,热解温度对生物炭的电子交换能力有较大影响,随热解温度升高至500℃时,生物炭的EAC和EDC达到最大,分别为3.86,1.72mmol/g高于500℃后,随着温度的增加,EAC和EDC逐渐减小,这是由于生物炭的醌类和酚类官能团的结构改变以及持久性自由基强度变化的联合作用.此外,柠檬酸钛和连二硫酸钠两种氧化还原电位不同的还原剂进一步证实了还原剂电位对生物炭EAC的影响.且生物炭具有氧化还原的可逆性,可逆的EAC与EDC之和近似等于生物炭的电子储存能力.     

污泥预植重金属Cu炭化及炭中重金属的稳定性研究

提出一种污泥预植重金属炭化后固定的概念,并以重金属Cu为代表,以CuCl2的形式植入;研究了在不同Cu预植浓度、不同温度下炭化后污泥本身以及额外添加的重金属在炭中的保留率以及稳定特性,同时采用不同的浸出方法,确定与污泥炭最终处置目标相关的最大可预植量.结果表明,在污泥中Cu的预植量为0.5%(质量分数,以Cu元素计)时,经过热解炭化,90%以上的Cu都保留在污泥炭中,其固定效果与温度有关,400℃以上时,炭化温度越高,Cu越容易浸出.在污泥中预植重金属Cu存在最大容量限制,最大可预植量与污泥炭最终处置目标有关,若选择在卫生填埋场进行填埋,则Cu的预植量不宜超过0.5%.本研究提供了一种污泥包裹其他含重金属的废料共炭化实现无害化的新思路,从而达到用污泥治废的效果.     

改良剂对Cu、Cd污染土壤重金属形态转化的影响

采用室内培养的方法,比较石灰、钙镁磷肥、硅肥、紫云英、猪粪和泥炭等几种改良剂作用下Cu、Cd污染酸性水稻土中不同形态重金属的动态变化.结果表明,土壤添加石灰、钙镁磷肥、硅肥、紫云英和猪粪培养120d期间,土壤pH值呈现先增加至最大值而后缓慢降低的趋势,但均高于对照,而添加泥炭后土壤pH值略有下降.各改良剂的使用均显著降低了土壤水溶态和交换态Cu、Cd含量,且在培养期间呈现先逐渐降低至最小值而后再增加的趋势.相关分析结果表明,土壤水溶态和交换态Cu、Cd含量与土壤pH值之间均存在极显著的负相关关系.土壤添加改良剂后碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态Cu、Cd含量均有不同幅度的增加,说明改良剂的应用能够使土壤重金属由有效态向某些潜在有效态或无效态转变,从而达到修复重金属污染土壤的目的.     

生物炭中持久性自由基对秀丽隐杆线虫的毒性

为了评价生物炭的使用对生态系统,尤其是对土壤无脊椎动物的毒性影响,使用模式生物秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans,C.elegans）来评估生物炭的环境风险.观察了生物炭原样、生物炭颗粒物和生物炭浸提液对线虫神经行为学评价指标（身体摆动频率、相对运动长度、排泄间隔时间、碰触反应率和化学感知行为指数）的影响;并结合生物炭的理化性质、非金属元素组成和重金属元素含量以及环境持久性自由基（EPFRs）的强度,评估生物炭对线虫的生物毒性.结果显示,EPFRs信号强的生物炭和颗粒物对秀丽隐杆线虫有一定的毒物兴奋效应,EPFRs信号微弱的浸提液无显著性影响.因此,生物炭中的EPFRs对秀丽隐杆线虫有潜在的神经毒性作用.     

3-吲哚乙酸协同螯合剂强化植物提取重金属的研究

螯合剂的潜在环境风险以及重金属/金属螯合物对植物的胁迫作用是限制重金属污染土壤的螯合诱导植物提取技术应用的2个主要障碍.以玉米为试验材料进行室内盆栽,通过添加螯合剂EDTA和氨三乙酸（NTA）进行螯合诱导植物提取研究,并以植物激素3-吲哚乙酸（IAA）来缓解重金属对植物的胁迫作用.结果表明,EDTA&IAA处理玉米地上部生物量比EDTA处理增加40.0％,地上部Cu、Zn、Cd和Pb累积量分别增加27.0％、26.8％、27.5％和32.8％;NTA&IAA处理玉米地上部生物量比NTA处理增加29.9％,地上部Cu、Zn、Cd和Pb累积量分别增加31.8％、27.6％、17.0％和26.9％.结果表明,IAA能缓解重金属/螯合剂的植物毒性,促进植物根系伸长,增加植物生物量,协同螯合剂促进植物对重金属的吸收、转运和积累,显著提高植物提取效率.     

基于生物可给性的某冶炼厂土壤重金属健康风险评价

为科学评价重金属污染场地的人体健康风险,以某冶炼厂土壤为研究对象,采用PBET(Physiologically-Based Extraction Test)和IVG(In-Vitro gastrointestinal)两种方法测定了As、Cd、Cu、Pb、Zn的生物可给性,并对比了只考虑重金属总量与基于生物可给性的人体...     

市政污泥生物碳对重金属的吸附特性

采用市政污泥在300℃缺氧条件下制得污泥生物碳,研究了污泥生物碳添加量、溶液pH及吸附反应时间对溶液中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附效果的影响,并分析了各因素影响机制及污泥生物碳对重金属的吸附机理. 结果表明,污泥生物碳对溶液中重金属的去除率与重金属水合离子半径呈负相关,随着污泥生物碳添加量的增加,溶液中重金属的去除率不断增加,但单位吸附量总体上呈下降趋势. 重金属吸附量随溶液pH的增加而增大,当溶液初始pH为6.00时,污泥生物碳对溶液中Pb2+、Cu2+和Zn2+的吸附量最大,分别达42.941、25.769和12.484mg/g. 伪二级动力学方程可有效描述溶液中重金属离子在生物碳上的吸附过程,重金属在污泥生物碳表面的吸附主要受化学反应控制,Pb2+、Cu2+和Zn2+的平衡吸附量分别为39.747、6.849和10.004mg/g,达到吸附平衡的时间为Pb2+＞Zn2+＞Cu2+.      

海南岛东部陆架表层沉积物重金属污染评价

对海南岛东部陆架29个站位的表层沉积物重金属元素(Cu、Cr、As、Pb、Zn和Cd)进行了含量测试及分布特征分析,采用地累积指数(I_geo)、富集因子(EF)和潜在生态危害指数对其进行了评价.研究结果表明:重金属含量空间分布趋势较为相似,呈现出由陆向海略微减小的趋势.6种重金属元素可能有相同或相似的来源,但Pb和As受到了人类活动影响.以上地壳和海南岛近岸未受污染沉积物为背景值的I_geo和EF值排序有所不同.研究区单项潜在生态危害系数平均值排序为Cd> As> Cu> Pb> Cr> Zn,Cu、Cr、Pb和Zn等4种重金属为轻微潜在生态危害,As和Cd在个别站位达到了中等潜在生态危害水平.综合潜在生态危害指数评价结果显示,研究区绝大多数站位处于轻微潜在生态危害水平.潜在生态危害水平相对较高的区域邻近万泉河、陵水河和三亚河河口.     

建筑废物填海处置过程重金属浸出特性及环境影响

填海处置已成为滨海城市建筑废物的重要消纳途径,而海水侵蚀导致重金属浸出可能加剧环境风险.为探究不同类型建筑废物中重金属受海水侵蚀的浸出特性及环境影响,于深圳市的城中村拆除作业现场、建筑装饰装修工程现场、建筑废物资源化利用厂、建筑垃圾堆填场开展不同来源建筑废物样品采集,分析样品中w（Zn）、w（Pb）、w（Cu）、w（Cd）,评价其潜在环境风险并解析其产生源;在此基础上,参考固体废物毒性浸出方法开展海水浸出模拟试验.结果表明:①建筑废物中重金属的潜在环境风险程度依次表现为Zn > Pb > Cu > Cd,w（Zn）、w（Pb）、w（Cu）、w（Cd）的最大值依次为197.8、82.6、67.1、0.22 mg/kg,分别为广东省土壤环境背景值的3.8、2.2、3.7和2.2倍,且来源于砖块、瓷砖、砂浆块、墙面涂料和玻璃的重金属含量超过了围填海工程填充物质成分限值要求.②海水对废物中重金属浸出影响显著,在液固比为10:1、浸出时间为18 h条件下,Zn、Pb、Cu、Cd浸出率分别高达15.9%、82.0%、10.4%和57.4%.③随着液固比和浸出时间的增加,重金属浸出量呈明显的上升趋势,其中Pb的浸出量最高.鉴于此,一方面应完善海水侵蚀对建筑废物中重金属浸出给沿海环境带来的生态风险分析;另一方面在填海处置前应加强建筑废物的风险管理如分类收集和安全处置等,并建立相应的控污机制.      

蚯蚓粪便生物炭对水体中雌二醇的吸附

为寻求高效、廉价的E2(雌二醇激素)吸附剂及开拓蚯蚓粪便的资源化利用途径,将蚯蚓粪便在300、500和700 ℃下热解碳化制备生物炭(分别记为BC300、BC500和BC700),对所得生物炭的基本理化性质(包括物质组成、表面官能团、孔隙结构等)进行分析,并将其用于吸附水体中E2,考察生物炭投加量、溶液pH、反应时间及初始ρ(E2)对生物炭吸附性能的影响,并探讨了吸附机理.结果表明:随热解温度的升高,生物炭的H/C(原子比)由0.13降至0.03,O/C(原子比)由0.46降至0.02,芳香性增强,极性降低,逐渐由脂肪炭结构过渡到芳香炭结构;生物炭比表面积由24.33 m2/g增至76.29 m2/g,总孔体积由0.09 cm3/g增至0.19 cm3/g.不同热解温度下制备的生物炭对E2的吸附过程均符合准二级动力学方程,拟合系数大于0.991;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附过程,Langmuir理论最大吸附量表现为BC700(7.66 mg/g)>BC500(5.23 mg/g)>BC300(3.32 mg/g).随热解温度的升高,O/C和H/C降低,说明碳化程度增强,生物炭吸附E2的分配作用减弱而表面吸附作用增强.研究显示,蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附效果随比表面积和孔体积的增加而增强.      

贵州晴隆锑矿尾砂中锑和砷的生物有效性及生态风险评价

为探明锑矿尾砂中锑(Sb)和砷(As)的形态分布特征及生态风险,选取贵州省晴隆锑尾矿库为研究对象,在尾砂剖面上(0~330 cm)采集样品33件,基于物相表征分析、冗余分析(RDA)及生态风险评价等方法,阐明了锑和砷在尾砂剖面上的形态分布及变化特征,并对其生态风险进行评价。结果表明:尾砂中主要以石英(SiO₂)、辉锑矿(Sb₂S₃)及方解石(CaCO₃)3种矿物存在;尾砂浸出液重金属浓度远低于毒性浸出标准;尾砂中Sb含量明显随深度增加而增加,而As含量在剖面上分布相对均匀。Sb各形态含量顺序为残渣态(1196.17 mg/kg)>可还原态(131.46 mg/kg)>弱酸提取态(54.07 mg/kg)>可氧化态(41.59 mg/kg),而As各形态含量顺序为残渣态(282.27 mg/kg)>可还原态(71.1 mg/kg)>可氧化态(42.06 mg/kg)>弱酸提取态(5.12 mg/kg);Sb和As的有效态含量分别占总量的16.94%和30.34%,其主要形态是可还原态。基于重金属总量的内梅罗综合污染指数评价法和潜在生态危害指数法的评价结果为存在重度污染和严重环境生态风险;基于重金属形态含量的风险评估编码法(RAC)和次生相原生相分布比值法(RSP)评价结果为低污染和低生态风险。基于重金属形态含量的评价方法可更客观准确地评价其可能对环境产生的潜在生态风险。