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。納米材料具有高比表面積、高反應(yīng)活性和強吸附特性等，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)；通過吸附解吸試驗比較了納米碳黑(CB)與

2、氧化改性的納米碳黑(OCB)吸附Cu和Cd的能力，研究其吸附動力學(xué)過程，以及電解質(zhì)濃度、pH等對吸附和解吸的影響；通過培養(yǎng)試驗研究了改性納米碳黑對土壤Zn和Cu生物有效態(tài)的影響；通過盆栽試驗研究了改性納米碳黑對黑麥草生長和黑麥草吸收重金屬Cu和Zn的影響，以及對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，說明OCB適合吸附帶正電的污染物。改性后等電點左移，所帶負(fù)電電量增大，其吸附帶正電污染物的能力增強。 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，說明OCB對Cu的吸附能力大于Cd，應(yīng)用于鈍化土壤中重金屬時，對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有競爭吸附現(xiàn)象，且Cd對Cu的影響大于Cu對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、金屬對黑麥草生長的傷害和黑麥草對重金屬的吸收。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。通過改變土壤重金屬的形態(tài)是添加OCB降低黑麥草對重金屬吸收的機理關(guān)鍵。OCB通過強吸附作用，降低土壤中有效態(tài)Cu和Zn的含量，將交換態(tài)和碳