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    椰纖維生物質炭對土壤中鉛的吸附:地球化學和光譜學研究

    時間:2020年07月08日 點擊數: 出處: 編輯:

      生物質炭作為環境友好的鈍化劑在土壤重金屬污染修復研究領域受到廣泛關注。土壤中的礦質氧化物(如氧化鐵)、粘土礦物和有機質等組分在重金屬固定方面能發揮重要作用,諸多研究發現添加生物質炭可顯著提高酸性土壤對重金屬的吸附能力。然而,生物質炭改性土壤中生物質炭顆粒、礦質氧化物、粘土礦物和有機物對土壤中重金屬吸附能力的強弱及其鈍化重金屬的機理仍未研究清楚。海南大學和佛山科學技術學院一個合作研究組對椰纖維生物質炭(CFB)增強土壤鈍化鉛(Pb)能力的動態行為及其機理進行了深入研究,相關研究成果發表在2019915日的《Geoderma》上。 

       

      上圖是椰纖維生物質炭(CFB)增強土壤鈍化鉛(Pb)能力的動態行為及其機理的概要圖。原始土壤顆粒(無生物炭)能提供-FeO(OH)、SiO32-、Al2O3和有機官能團的結合位點來固定Pb,但是CFB顆??梢蕴峁┐罅课?/span>Pb能力更強的PO43-和羧基官能團的結合位點。 

      該組通過地球化學方法研究發現,將CFB2%4%w/w)添加到土壤中老化培養后,混合土壤對Pb600 mg kg-1)的有效固定量(EDTA不可提取態Pb)隨著CFB添加量的增加而顯著提升,即添加CFB能顯著增強土壤鈍化Pb的能力。Pb污染土壤培養90天時,CFB增強土壤鈍化Pb的效果達到最佳并趨于穩定,而培養150天時,添加2%4% CFB的混合土壤樣品中有機質結合態Pb含量較對照土壤分別增加了29.5%33.5%。 

      利用北京同步輻射裝置4W1B-X射線熒光微分析實驗站開展的X射線熒光(μ-XRF)測試分析,結果顯示,在混合土壤樣品微區中CFB顆粒比土壤顆粒吸附富集Pb的量更多;利用北京同步輻射裝置1W1B-XAFS實驗站開展的X射線吸收譜實驗分析結果表明,與對照土壤相比,培養150天時混合土壤(添加2% CFB)樣品中腐植酸(HA)結合Pb以及Pb3(PO4)2組分分別增加了12.5%6.1%,而腐植酸(HA)結合Pb組分中Pb(C2H3O2)2相(含類似于C-O-Pb-O-C結構的羧酸Pb)約占71.3%??傮w而言,當CFB改性土壤受到Pb污染時,原始土壤顆粒(無生物炭)能提供-FeO(OH)、SiO32-、Al2O3和有機官能團的結合位點來固定Pb,但是CFB顆??梢蕴峁┐罅课?/span>Pb能力更強的羧基官能團和PO43-的結合位點,因此CFB改性土壤比對照土壤具有更強的Pb鈍化能力。 

      該研究為理解添加生物質炭對鈍化污染土壤中Pb的動態行為與機理提供了科學線索。在此類研究工作中,同步輻射光源幫助該研究組測定了重金屬在生物質炭顆粒和土壤顆粒上的空間分布狀況,以及土壤各組分固定重金屬的分子形態。據研究組組長、海南大學熱帶作物學院教授吳蔚東介紹,生物質炭對重金屬等污染物的吸附、沉淀、絡合及螯合等理化反應主要發生在生物質炭的表壁,因此,在生物質炭基修復劑推廣應用之前,生物質炭及其改性材料在吸附鈍化重金屬等污染物過程中的界面反應機理有待進一步研究。更精細的同步輻射光斑將必定會有助于微區原位解析生物質炭基修復劑材料吸附固定重金屬等污染物的分子機理。 

      發表文章: 

      Jianhong Li #, Shan-Li Wang#, Lirong Zheng, Dongliang Chen, Zhipeng Wu, Yu Xie, Weidong Wu*, Nabeel Khan Niazi, Yong Sik Ok, J?rg Rinklebe, Hailong Wang* Sorption of lead in soil amended with coconut fiber biochar: Geochemical and spectroscopic investigations. Geoderma 350(2019), 52–60. 

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