表面改性活性炭對鉻污染土壤的穩(wěn)定化研究.pdf

1、隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，土壤中重金屬污染日趨嚴(yán)重，其中鉻元素存在形式復(fù)雜，六價(jià)鉻離子毒性較強(qiáng)且容易遷移，已對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。在多種針對重金屬污染土壤修復(fù)方法中，穩(wěn)定/固化技術(shù)由于具有經(jīng)濟(jì)有效，適用范圍廣，操作簡單等優(yōu)勢，已廣泛用于底泥、淤泥、工業(yè)廢渣和尾礦中重金屬的穩(wěn)定與重金屬污染土壤的修復(fù)，但尋求經(jīng)濟(jì)高效穩(wěn)定劑是穩(wěn)定技術(shù)的關(guān)鍵?；钚蕴坑捎谄渚哂胸S富的孔隙結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)的比表面積且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，已廣泛用于含有重金屬氣體體系及液相體系的吸

2、附，而用于固相體系的研究較少。本論文將研究活性炭進(jìn)行多種改性增強(qiáng)表面化學(xué)性質(zhì)，用于鉻污染土壤的修復(fù)，并探討改性活性炭對污染土壤中鉻的穩(wěn)定機(jī)理。
　　本文首先以商品活性炭（標(biāo)記為AC）為原料，進(jìn)行硝酸、氨氣及賦硫改性分別制得含O、N和S官能團(tuán)的活性炭（分別標(biāo)記為OAC、NAC及SAC），并用BET、元素分析、FT-IR、Raman、XPS、Boehm滴定及pHpzc手段表征其理化性質(zhì)。結(jié)果顯示，OAC比表面積增加了27.0％，表面氧

3、含量明顯增加，C=O含量有所降低，生成了COOH，OH等含氧官能團(tuán);NAC比表面積增加了20.2％，表面引入含氮官能團(tuán)，如吡啶、吡咯及吡啶氧化物等，活性炭堿性增強(qiáng);SAC的比表面積下降了34.6％，改性過程中形成了-S-S-，噻吩，砜，O=S=O等含硫官能團(tuán)。
　　利用BCR連續(xù)浸提法考察了改性活性炭對鉻鹽廠區(qū)不同水平及垂直分布污染土壤中鉻賦存形態(tài)的影響，探討活性炭對污染土壤中鉻的穩(wěn)定作用。在可交換態(tài)總鉻含量為2.41％～39.8

4、8％的供試土壤中，分別添加5％(w％)AC，OAC，NAC及SAC后，可交換態(tài)總鉻與六價(jià)鉻含量均有不同程度的下降，其中最優(yōu)穩(wěn)定效果試樣中六價(jià)鉻降低到未檢出線，四種活性炭穩(wěn)定總鉻與六價(jià)鉻的能力依次為SAC＞OAC＞AC＞NAC。
　　為了進(jìn)一步研究活性炭對土壤中鉻生物有效性的影響，向土壤中添加OAC與NBC（氨氣改性生物炭），以辣椒為指示作物進(jìn)行盆栽實(shí)驗(yàn)，觀察生長狀況，分析不同器官鉻離子含量，發(fā)現(xiàn)OAC有效降低了土壤中鉻離子的生物有

5、效性及遷移能力，減少對辣椒的毒害作用，在鉻離子濃度為300mg/kg的土壤中，鉻在不同器官的富集程度呈現(xiàn)根＞葉＞莖＞果實(shí)的趨勢，90％的鉻富集在植株根部。
　　研究了上述四種活性炭對Cr(Ⅵ)與Cr(Ⅲ)的等溫吸附及吸附動(dòng)力學(xué)過程。結(jié)果表明，Langmuir模型比較吻合AC吸附Cr(Ⅵ)與Cr(Ⅲ)的過程;由于表面改性增加的官能團(tuán)使OAC、NAC及SAC表面不均勻，F(xiàn)reundlich模型對Cr(Ⅵ)與Cr(Ⅲ)的等溫吸附過程擬合

6、效果更好。AC、OAC、NAC及SAC吸附Cr(Ⅵ)與Cr(Ⅲ)動(dòng)力學(xué)過程符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，表明吸附Cr(Ⅵ)與Cr(Ⅲ)是化學(xué)吸附過程。三種改性活性炭OAC，NAC和SAC對Cr(Ⅵ)的飽和吸附量qe，exp均較AC有較大幅度的增加，在298K下，OAC，NAC及SAC對鉻離子的飽和吸附量分別增加了112.17％,120.73％和55.20％。
　　結(jié)合FT-IR、Raman和XPS表面分析技術(shù)對吸附Cr(Ⅵ)與Cr(Ⅲ)前