改性納米碳黑在修復(fù)重金屬污染土壤中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著土壤重金屬污染日益加劇，土壤重金屬污染的治理已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。納米材料具有高比表面積、高反應(yīng)活性和強(qiáng)吸附特性等，已被用于環(huán)境污染的治理。但目前的研究多集中在水處理方面，在土壤污染的治理方面的嘗試多聚焦于有機(jī)物污染土壤。將納米材料應(yīng)用于重金屬污染土壤修復(fù)，無(wú)疑為重金屬污染土壤的修復(fù)提供一條經(jīng)濟(jì)、安全的新途徑。 本論文用HNO3對(duì)納米碳黑進(jìn)行改性，研究了其表面性質(zhì)、帶電特性及形貌結(jié)構(gòu)；通過(guò)吸附解吸試驗(yàn)比較了納米碳黑(CB)與

2、氧化改性的納米碳黑(OCB)吸附Cu和Cd的能力，研究其吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以及電解質(zhì)濃度、pH等對(duì)吸附和解吸的影響；通過(guò)培養(yǎng)試驗(yàn)研究了改性納米碳黑對(duì)土壤Zn和Cu生物有效態(tài)的影響；通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究了改性納米碳黑對(duì)黑麥草生長(zhǎng)和黑麥草吸收重金屬Cu和Zn的影響，以及對(duì)根際土重金屬各形態(tài)的影響，為納米碳黑在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。 主要研究結(jié)果如下： 納米CB的粒徑在30-60納米之間，比表面積為1259m2·g

3、-1，遠(yuǎn)大于粉末狀活性碳的765m2·g-1，有不明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。氧化改性后C=C和O-H官能團(tuán)明顯增多，并且新引進(jìn)了O-C-OH、C-O和CNO等官能團(tuán)。OCB帶負(fù)電荷，Zeta電位在pH3-8之間由-20mV降低到-60mV，說(shuō)明OCB適合吸附帶正電的污染物。改性后等電點(diǎn)左移，所帶負(fù)電電量增大，其吸附帶正電污染物的能力增強(qiáng)。 Cu和Cd在OCB和CB上的吸附等溫線能很好的用Langmuir方程擬合。Cu在OCB和CB上的最大

4、吸附量分別是438和99mmol·kg-1，Cd的是282和72mmol·kg-1。OCB的吸附Cu和Cd能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CB，且對(duì)Cu的吸附能力大于Cd。Cu和Cd在OCB上的解吸量取決于它們初始的吸附量，吸附量越大，解吸量越大。以中性鹽解吸的易解吸態(tài)Cu的解吸率低于Cd，說(shuō)明OCB對(duì)Cu的吸附能力大于Cd，應(yīng)用于鈍化土壤中重金屬時(shí)，對(duì)Cu的鈍化效果好于Cd。Cu和Cd在OCB上的吸附量隨pH的升高而增大，OCB的最大吸附量分別出現(xiàn)在pH

5、5.5和pH7以上。Cu和Cd在OCB有競(jìng)爭(zhēng)吸附現(xiàn)象，且Cd對(duì)Cu的影響大于Cu對(duì)Cd的影響。 添加OCB可以降低污染土壤中有效態(tài)Cu和Zn的含量，與對(duì)照相比添加1％、3％、5％CB的土壤有效態(tài)Cu分別降低了47.26％、72.01％、80.89％，有效態(tài)Zn分別降低了3.00％、17.71％、43.61％。培養(yǎng)60天后，OCB包施處理吸附固定Zn的效果優(yōu)于混施處理，吸附固定Cu的效果劣于混施處理。 添加OCB能夠減輕重

6、金屬對(duì)黑麥草生長(zhǎng)的傷害和黑麥草對(duì)重金屬的吸收。表現(xiàn)為隨施加OCB量增加，黑麥草生物量干重顯著增加和黑麥草地上部Cu和Zn含量顯著降低，且Cu比Zn更易被OCB吸附鈍化失去活性。黑麥草吸收的Cu和Zn含量與土壤有效態(tài)Cu和Zn和交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cu和Zn之間呈極顯著線性正相關(guān)，與pH的相關(guān)性不顯著。通過(guò)改變土壤重金屬的形態(tài)是添加OCB降低黑麥草對(duì)重金屬吸收的機(jī)理關(guān)鍵。OCB通過(guò)強(qiáng)吸附作用，降低土壤中有效態(tài)Cu和Zn的含量，將交換態(tài)和碳