磁性生物炭的合成及对土壤重金属污染的钝化效果

为提高生物炭对土壤重金属的钝化能力,通过温和液相还原再氧化法制备了磁性生物炭材料.利用土壤培养实验,以0%、 0.3%、 0.6%和1.0%(质量分数)的比例向重金属污染土壤中施加磁性生物炭,考察磁性生物炭对土壤重金属污染的钝化修复效果及对土壤理化特性的影响,并对修复机制进行了探讨.结果表明,添加不同比例磁性生物炭后,土壤中Cd、Cu、Ni、Pb和Zn有效态含量均呈现不同程度的下降,且随着该材料添加比例的增加土壤中重金属有效态降幅随之增加.培养24 d后,Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的钝化效率分别达到了27.52%、 49.55%、 55.83%、 27.33%和26.01%(添加量为1%),但土壤中重金属的形态并没有发生显著变化,可能主要与重金属和生物炭之间相对较弱的结合机制有关.同时,磁性生物炭的添加改善了土壤的理化性质,其中pH值提高0.7个单位,脱氢酶活性提高6倍,过氧化氢酶活性和有机质分别提高37.06%和22.11%.     

重金属钝化剂阻控生菜Cd吸收的功能稳定性和适用性

利用重金属钝化剂阻控蔬菜吸收重金属是治理中轻度重金属污染菜地和保障蔬菜安全生产的重要举措.以重金属固定细菌Bacillus megaterium N3（N3）、稻壳生物炭（BC）、羊粪有机肥（SM）、菌株N3联合生物炭（BC+N3）和菌株N3联合羊粪有机肥（SM+N3）为重金属钝化剂,采用盆栽试验连续种植生菜3次,而只在种植第1次时施重金属钝化剂,研究不同处理对生菜吸收Cd的影响及其功能的稳定性,并利用动态加权综合函数评估这几种钝化材料的综合适用性.结果表明,第1次种植生菜时,与对照相比,所有重金属钝化剂均能显著降低（61.2%~81%）生菜可食用部分Cd的含量.而在第3次种植生菜中,只有菌株N3联合羊粪有机肥的处理能显著降低生菜对Cd的吸收,这表明菌株N3联合羊粪有机肥阻控生菜Cd吸收的功能稳定性最好.利用动态加权综合函数,从新鲜生菜可食用部分Cd含量、土壤有效态Cd含量、每亩产量和每亩修复成本等4个方面进行综合评价.结果显示,菌株N3联合羊粪有机肥的综合适用性最好,其次是羊粪有机肥、菌株N3联合生物炭和生物炭,而菌株N3的综合评价效果最差.本研究结果为重金属污染菜地钝化修复提供理论依据和技术支撑.     

巯基化凹凸棒石对水稻土中镉钝化效应的动态变化特征

为了探究巯基化凹凸棒石作为钝化剂在土壤-水稻体系中对镉的钝化效应的动态特征规律,选取湖南和四川典型镉污染水稻土,分别以两个品种水稻为模式作物开展盆栽试验,在水稻生育期代表性阶段开展土壤-植物协同采样,并结合土壤培养实验,重点关注土壤理化性质和水稻各组织镉含量变化.研究发现,巯基化凹凸棒石以剂量1 mg·kg^-1和2 mg·kg^-1施用后,水稻分蘖期根茎叶镉含量明显降低40%以上,土壤有效态镉含量减少35.80%~55.08%.该快速显著的钝化效应,在水稻扬花期和成熟期维持稳定,收获时糙米镉含量最大降幅分别为76.65%和64.67%.巯基化凹凸棒石对土壤有效态镉的钝化过程符合二级动力学方程,钝化速率较快,高剂量组3 d可达到反应平衡.巯基化凹凸棒石对土壤pH无明显影响,可略微提高土壤氧化还原电位,增加土壤总硫和有效态硫含量,同时提升分蘖期水稻根系与根系表面铁和硫元素含量,降低分蘖期水稻根系对镉的生物富集系数和从根向茎的转运系数.综合土壤有效态镉含量和水稻吸收累积镉含量这两个核心因素,巯基化凹凸棒石在水稻-土壤体系中对镉具有快速且稳定的钝化效应.     

绿色合成纳米氧化铁对污染土壤中镉的钝化研究

虽然绿色合成纳米材料已成功地用于去除废水中的重金属,但利用绿色合成纳米材料钝化土壤中重金属的报道很少.本文利用植物叶提取液制备纳米氧化铁(GION),并将其用于钝化土壤中重金属镉的研究,观察中、短培养周期下对镉钝化的稳定性.实验室条件下设置50%田间最大持水量培养,对照、1%、3%、9%GION 4个处理.分别于第60、120 d采样分析土壤中镉、pH、铁、酶等相关指标的变化.结果表明,GION对土壤中镉有较好的钝化效果,60 d与120 d之间有效态镉的含量无显著差异,说明GION对土壤中镉的钝化作用随时间增长相对稳定.120 d的数据显示,相比对照组,1%、3%、9%GION处理下有效态Cd(0.1 mol·L~(-1) CaCl_2)分别降低了19.1%、16.7%、66.7%,交换态Cd(Tessier法)分别降低了12.5%、18.8%、56.3%.GION能够显著提高土壤的pH和铁的含量.pH提高能够显著降低Cd的有效性.(NH_4)C_2O_4-Fe则分别增加了0.7、1.1、1.9倍,DCB-Fe分别增加了0.4、2.9、6.0倍.另外,随培养时间的延长,(NH_4)C_2O_4-Fe和DCB-Fe增加而HCl-Fe~(2+)含量降低.说明GION影响土壤中铁物种的活性,增强其生物化学过程而转化为更加稳定的形态,该过程将改变镉在土壤中的赋存形态.通过扫描电镜-能谱(SEM-EDS)发现,GION处理残渣态中Fe的含量远高于对照组,说明镉可能随铁进入残渣态.土壤中脲酶和转化酶活性升高而过氧化氢酶则没有显著的变化.该结果说明GION降低了土壤中镉的生物有效性,土壤得以恢复,从而提升了土壤酶活性.综上所述,GION具有环境友好的特点,且对镉具有稳定的钝化作用,可作为一种良好的中低污染重金属污染土壤的修复剂.     

水稻品种及典型土壤改良措施对稻米吸收镉的影响

水稻镉污染是我国当前重要的农产品安全问题,湖南攸县"镉大米"事件造成了严重的社会影响.针对南方酸性土壤镉污染特征,进行了"镉大米"治理技术研究.结果表明,当地主栽水稻品种株两优06的稻米Cd含量在大同桥和网岭镇的平均值分别为0.167 mg·kg-1和0.127 mg·kg-1,为其它品种的20%左右;石灰和矿物肥处理能够使稻米Cd含量降低到对照的20%~30%,覆膜处理使稻米Cd含量与对照相比降低约50%,而覆膜+生物炭+硅肥叶面肥处理能够降低80%左右,硅肥叶面肥单独施用及叶面肥和追肥配合施用能够显著降低稻米中的Cd含量90%以上;BCR法分析土壤Cd形态结果发现,供试大田土壤中Cd的弱酸可提取态比例较高,绝大多数样品达到55%以上,而施用石灰能够显著降低土壤中的弱酸可提取态和可还原态比例,增加残渣态比例,变化幅度达到20%左右;土壤Cd含量与p H值是影响稻米对Cd吸收的重要因素.     

锆改性沸石添加对重污染河道底泥磷释放和钝化的影响

通过模拟实验并结合磷形态分级提取和生物有效磷提取,考察了锆改性沸石添加对重污染河道底泥磷释放和钝化的影响.结果发现,锆改性沸石添加不仅会降低间隙水中磷的浓度,而且也会降低底泥-水界面磷扩散通量,从而降低了底泥中磷向覆水体的释放风险.锆改性沸石添加会促使底泥中弱吸附态磷(NH_4Cl-P)、氧化还原敏感态磷(BD-P)和盐酸提取态磷(HCl-P)向金属氧化物结合态磷(NaOH-r P)和残渣态磷(Res-P)转变,而底泥中NH_4Cl-P和BD-P这2种容易释放态磷的降低有助于减少底泥中磷释放的风险.此外,锆改性沸石添加降低了底泥中了WSP(水溶性磷)、RDP(易解吸磷)、FeO-P(铁氧化物-滤纸提取磷)和Resin-P(阴离子交换树脂提取磷)这4种生物有效磷含量.锆改性沸石添加控制底泥磷释放的机制为:锆改性沸石添加,一方面可以钝化底泥中潜在可移动态磷和生物有效磷,达到减少底泥中磷向间隙水中释放的目的,另一方面可以通过锆改性沸石的吸附作用直接去除间隙水中的磷;而间隙水中磷浓度的降低,会降低间隙水和上覆水之间磷的浓度梯度,进而降低了底泥-水界面磷扩散通量.以上的结果显示,锆改性沸石是一种有希望的可以钝化河道底泥中磷并控制其向上覆水体释放的改良剂.     

不同钝化剂对外源铅在土壤中的钝化效果及粒径分布的影响

通过室内钝化培养实验比较了羊厩肥、石灰和磷酸盐对土壤外源Pb的钝化效果和钝化修复后Pb的粒径分布特征。结果表明:3种钝化剂均能显著降低土壤中DTPA-Pb的含量,且钝化效果与钝化剂添加量成正比;磷酸盐对外源Pb钝化效果最好,P10处理下土壤中DTPA-Pb的含量降幅达80.53%,羊厩肥钝化效果最差,GM1对DTPA-Pb含量的降幅为6.51%;羊厩肥与磷酸盐将弱酸提取态Pb和可还原态Pb转变为活性更低的可氧化态Pb和残渣态Pb,以降低其活性,石灰将可还原态Pb转化为可氧化态Pb,以降低其活性;3种钝化剂添加均会提升土壤Olsen-P的含量。土壤磷淋溶临界值模型显示,当土壤Olsen-P含量124.25 mg·kg~(-1)时,会发生磷素淋溶现象;Pb在土壤粗砂粒、细沙粒、粉粒和黏粒中的含量差别很大,但赋存形态无明显差异,钝化剂添加会影响外源Pb在各粒级颗粒中的富集及形态分布。相关性分析结果表明,钝化剂主要通过将细沙粒、粉粒和黏粒中的可还原态Pb转化为粉粒和黏粒中的可氧化态Pb来降低土壤Pb的毒害性。研究结果可为3种钝化剂在Pb污染土壤修复中的高效利用及修复后土壤的潜在生态风险管控提供参考。     

聚合氯化铝铁改性凹凸棒石对Cd污染土壤的钝化修复效应

土壤重金属Cd具有难降解、易迁移和累积性强等特点,会破坏土壤环境,威胁粮食安全。将聚合氯化铝铁负载到凹凸棒石上,制备5种聚合氯化铝铁改性凹凸棒石新型钝化材料,通过扫描电镜(SEM)表征实验、钝化实验和玉米盆栽实验评价聚合氯化铝铁改性凹凸棒石对土壤Cd的钝化效果和环境风险。结果表明:将聚合氯化铝铁改性凹凸棒石施用于土壤中,能显著降低污染土壤二乙烯三胺五乙酸(DTPA)提取态Cd和毒性特征浸出态(TCLP) Cd的浓度。其中,掺入聚合氯化铝铁比例(质量分数)为25%的改性凹凸棒石处理土壤中2种生物有效态Cd的含量降幅最大,分别为21.51%和22.19%。改性凹凸棒石的施用促进了玉米幼苗的生长,聚合氯化铝铁掺入比例为25%时钝化效果最佳,玉米幼苗茎长较对照组增加了52.2%,玉米幼苗茎、根鲜生物量较对照组分别增加了75.1%和64.5%,茎、根干生物量较对照组分别增加了80.5%和79.7%,玉米幼苗茎、根Cd的含量较对照组分别下降了43.4%和24.7%。聚合氯化铝铁改性凹凸棒石具有较大比表面积、良好的离子交换能力和表面络合性能,显著降低了土壤重金属的生物有效性,可应用于Cd污染农田土壤的钝化修复。     

氨基功能化微硅粉的制备及其对镉污染土壤的钝化效果研究

以工业废弃物微硅粉为基体材料，通过硅烷偶联反应将氨基固载到微硅粉表面，制备一种高效重金属吸附材料——氨基功能化微硅粉(SFK),并将其应用于镉污染土壤的钝化治理。吸附试验结果显示，SFK对重金属Cd(Ⅱ)的吸附符合Langmuir吸附等温线模型，最大吸附量为43.83 mg/g。扫描电子显微镜-能谱、傅里叶变换红外光谱及X射线光电子能谱表征结果分析可知，吸附主要通过氨基与Cd(Ⅱ)发生配位反应而固定在SFK表面。土壤培养试验和小白菜盆栽试验结果显示：当SFK施用质量分数为3%时，土壤有效态Cd质量比显著降低，未种植小白菜土壤和种植小白菜土壤中Cd质量比的降幅分别为47.10%和78.17%;小白菜生物量显著增加，小白菜地上和地下部分Cd质量比分别降低了81.63%和63.56%。本文主要体现了“以废治废”的思路，制备的SFK材料可应用于镉污染农田土壤的治理。     

新型环保硅酸盐钝化液对多元合金渗层耐蚀性的影响

传统铬酸盐钝化剂含有Cr⁶⁺，毒性较高且危害环境，使用受到严格限制。近年来硅酸盐、钼酸盐、稀土盐等无机盐钝化技术得到推广应用。其中，硅酸盐钝化液具有稳定性好、工艺简单、无毒无污染等特点，在电镀锌、热浸镀锌及多元合金共渗等工业领域得到广泛研究。本论文通过正交试验研究了硅酸盐钝化液的配比及钝化工艺对多元合金渗层耐蚀性的影响。结果表明，常温钝化形成的硅酸盐钝化膜可以显著改善渗层的表面状态，提高渗层的耐碱性、耐中性盐雾性能及低频阻抗值和容抗弧半径，当硅酸盐钝化液与水的配比为1∶1，浸泡时间为3 min，固化温度为100℃，固化时间为60 min时，钝化膜具有最佳的耐蚀性。