表面改性活性炭對(duì)土壤中鉛的吸附與穩(wěn)定性能研究.pdf

1、重金屬污染物由于具有來(lái)源廣泛，污染面積大等特點(diǎn)，已日益引起人們的重視。重金屬污染土壤修復(fù)方法中，穩(wěn)定/固定化技術(shù)由于具有經(jīng)濟(jì)有效，操作簡(jiǎn)單，適用范圍廣，可對(duì)污染土壤進(jìn)行大面積修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于污泥、礦渣、沉積物及生活垃圾等固體廢棄物中重金屬的固化/穩(wěn)定與重金屬污染土壤的修復(fù)，但人們?nèi)栽诓粩鄬で蟾咏?jīng)濟(jì)有效環(huán)保的重金屬穩(wěn)定劑?；钚蕴烤哂袑?duì)環(huán)境友好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸附性能優(yōu)良等特點(diǎn)，已被廣泛用于氣相體系和液相體系的重金屬吸附，而用于對(duì)

2、土壤體系重金屬的吸附比較少?；钚蕴繉?duì)重金屬的吸附性能主要依靠其表面孔隙結(jié)構(gòu)和表面基團(tuán)性質(zhì)，后者提供的活性位點(diǎn)能夠?qū)χ亟饘侔l(fā)生結(jié)合力較強(qiáng)的化學(xué)吸附。本文通過(guò)對(duì)活性炭進(jìn)行表面改性以增強(qiáng)其表面化學(xué)性質(zhì)，用于對(duì)含鉛土壤的穩(wěn)定化修復(fù)，探討活性炭對(duì)鉛的穩(wěn)定機(jī)理。
　　通過(guò)對(duì)商品活性炭（記為AC）進(jìn)行硝酸氧化、氨氣還原、賦硫改性三種手段分別制備出表面主要含O、N、S官能團(tuán)的活性炭（記為OAC、NAC和SAC），利用Boehm滴定、元素分析、比表

3、面孔徑、FT-IR、XPS和零電荷點(diǎn)(pHPZC)測(cè)定等分析手段對(duì)改性前后活性炭的理化性質(zhì)進(jìn)行了表征分析。結(jié)果表明，活性炭經(jīng)過(guò)硝酸氧化改性后，比表面積增加27.06％，平均孔徑基本不變，活性炭表面羧基（-COOH），酚羥基(-OH)等含氧官能團(tuán)增加，其中羧基增加了27.60％;活性炭經(jīng)過(guò)氨氣還原后，比表面積增加了20.21％，平均孔徑基本不變，活性炭表面引入了吡啶氧化物、吡啶和吡咯等基團(tuán);活性炭經(jīng)過(guò)賦硫改性后，比表面積降低了34.60％

4、，平均孔徑基本不變，生成-SO3、S=O、O=S=O和砜等含硫基團(tuán)。
　　利用BCR連續(xù)浸提法分析改性活性炭對(duì)土壤中鉛賦存形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)改性活性炭對(duì)土壤中鉛的吸附穩(wěn)定效果由大到小為OAC＞SAC＞AC＞NAC，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的OAC對(duì)含鉛土壤進(jìn)行處理，可使土壤中鉛的殘?jiān)鼞B(tài)含量從11.74％提高至49.42％，可交換態(tài)含量從75.27％降到25.33％。對(duì)添加活性炭的含鉛土壤進(jìn)行動(dòng)態(tài)淋濾，發(fā)現(xiàn)OAC、SAC、AC和NAC都能夠

5、抑制土壤中鉛的浸出，降低浸出液中鉛的濃度，其效果由大到小為OAC＞SAC＞AC＞NAC。
　　為進(jìn)一步研究活性炭對(duì)土壤中鉛的生物有效性影響，以O(shè)AC和氨氣改性生物炭(NBC)為添加劑，采用辣椒作為指示植物進(jìn)行盆栽實(shí)驗(yàn)，分析辣椒各器官鉛的分布以及種植后土壤中鉛形態(tài)分布。分析結(jié)果顯示，鉛超過(guò)90％累積于辣椒的根部，添加活性炭使鉛在土壤中可遷移性和生物有效性降低。
　　Langmuir、D-R、Freundlich和Temkin四

6、種模型可以用來(lái)描述OAC、SAC、AC和NAC對(duì)Pb(Ⅱ)的等溫吸附，擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Elovich模型（較高溫度下）可用來(lái)描述這四種炭對(duì)Pb(Ⅱ)的動(dòng)力學(xué)吸附特性。對(duì)各模型參數(shù)的分析結(jié)果表明這四種炭對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附是物理吸附和化學(xué)吸附共同作用的過(guò)程，結(jié)合XPS分析技術(shù)對(duì)活性炭吸附鉛前后的表面官能團(tuán)結(jié)構(gòu)以及鉛形態(tài)的變化的分析表明活性炭通過(guò)表面改性引入的官能團(tuán)（如-COOH、砜、吡咯等）參與對(duì)溶液中Pb(Ⅱ)的吸附過(guò)程，強(qiáng)化了活性炭對(duì)