改性胡敏素鈍化修復(fù)重金屬污染土壤的研究.pdf

1、土壤重金屬污染具有隱蔽性、難降解性、生物積累性等特點，治理難度大、成本高。累積在土壤中的重金屬不僅能夠破壞土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，抑制農(nóng)作物的生長，造成糧食減產(chǎn)，還能通過食物鏈不斷傳播并在生物體內(nèi)富集，最終威脅人類健康。我國土壤重金屬污染形勢嚴(yán)峻，農(nóng)田土壤的重金屬污染已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了我國的糧食安全和人民群眾的生命健康。原位鈍化技術(shù)是修復(fù)重金屬污染土壤的重要手段之一。原位鈍化技術(shù)是指通過向土壤中施加一些有機(jī)或無機(jī)的化學(xué)物質(zhì)，改變土壤理化性質(zhì)，

2、或使加入的化學(xué)物質(zhì)與土壤中的重金屬發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，從而改變重金屬在土壤中的賦存形態(tài)，降低其在土壤環(huán)境中的生物有效性和遷移性，達(dá)到修復(fù)污染土壤的技術(shù)。與其他修復(fù)技術(shù)相比，該方法具有修復(fù)效果好、修復(fù)周期短、成本低廉、操作簡單等特點，特別在修復(fù)重金屬復(fù)合污染土壤方面具有明顯優(yōu)勢。本文以環(huán)境友好的腐殖質(zhì)類物質(zhì)-胡敏素為基質(zhì)，開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效環(huán)保的土壤鈍化劑材料，并對其用于土壤重金屬污染修復(fù)開展了基礎(chǔ)性的理論和技術(shù)研究。本研究主要內(nèi)容包括：

3、　?、挪捎脡A提法從泥炭土中分離出來性質(zhì)穩(wěn)定的胡敏素，并通過吸附平衡實驗研究了胡敏素對模擬土壤溶液中的重金屬Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附動力學(xué)和熱力學(xué)特性，并研究了pH、溶液電解質(zhì)濃度、土壤溶液中小分子有機(jī)酸濃度等條件對胡敏素吸附重金屬效果的影響。結(jié)果表明，胡敏素表面含有大量含氧活性官能團(tuán);其對三種重金屬的吸附能力順序為Pb(Ⅱ)＞Cu(Ⅱ)＞Cd(Ⅱ)，且對Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附符合Freundlich模型，對Pb(Ⅱ

4、)的吸附符合Langmuir模型;胡敏素對重金屬的吸附動力學(xué)符合二級動力學(xué)方程;隨著pH的升高，胡敏素對重金屬的吸附量迅速增加;溶液中的電解質(zhì)離子和酒石酸都能夠抑制胡敏素對重金屬的吸附;胡敏素對實際農(nóng)田土壤溶液中重金屬的鈍化能力優(yōu)于對模擬溶液的鈍化能力。
　?、仆ㄟ^土壤鈍化實驗，研究了添加胡敏素對污染土壤中銅和鉛的生物有效性的影響和重金屬賦存形態(tài)的轉(zhuǎn)化。結(jié)果表明，添加胡敏素可顯著降低重金屬的浸出濃度。當(dāng)投加2％的胡敏素5天后，土壤

5、中重金屬銅和鉛的浸出濃度分別下降45.16％和56.97％。投加胡敏素后能迅速鈍化土壤中的重金屬，進(jìn)一步延長鈍化時間對鈍化效果影響不大。尿素、硫酸銨、磷酸二氫鉀可顯著提高胡敏酸對鉛的鈍化效果，浸出濃度分別下降了29.36％、23.57％、28.69％，但對銅的影響不明顯。進(jìn)一步的研究表明投加2％的胡敏素鈍化處理30天后土壤中交換態(tài)銅和鉛的所占的比例由原來的15.68％和15.79％下降到了0.48％和1.22％，而有機(jī)態(tài)銅和鉛的比例則由

6、5.35％和10.93％上升到了13.24％和27.32％，表明胡敏素可以促進(jìn)可交換態(tài)重金屬向有機(jī)態(tài)和殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化。
　?、怯脦€基乙酸和乙酸酐對胡敏素進(jìn)行巰基化改性，從而獲得巰基胡敏素。通過傅里葉紅外和熱重分析研究了巰基化胡敏素的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點。通過吸附平衡實驗研究了巰基化胡敏素對土壤溶液中重金屬Cd(Ⅱ)的吸附熱力學(xué)特性。最后通過土壤鈍化實驗比較了巰基胡敏素和胡敏素對重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)效果。結(jié)果表明:改性后胡敏素表面具有較多的

7、羧基官能團(tuán)。與胡敏素相比，巰基化胡敏素在2578cm-1處出現(xiàn)了典型的巰基官能團(tuán)(S-H)的吸收峰，表明胡敏素表面巰基官能團(tuán)的存在;在不同溫度下巰基胡敏素對Cd(Ⅱ)的吸附等溫線更符合Langmuir方程，在298K條件下，巰基胡敏素對Cd的理論飽和吸附量為8.9081 mg·g-1，而胡敏素的理論飽和吸附量為6.5335mg·g-1，表明在胡敏素表面增加巰基數(shù)量顯著提高了其對鎘的吸附能力;吸附熱力學(xué)參數(shù)表明巰基胡敏素對Cd(Ⅱ)的吸附