生物炭的环境吸附行为及在土壤重金属镉污染治理中的运用探讨论文

关于生物炭的环境吸附行为及在土壤重金属镉污染治理中的运用探讨论文

　　摘要：在土壤污染中，镉是一种毒性非常强的污染元素，而且非常容易进入人体，对人体健康产生危害。我国土壤镉超标的现象已经非常严重，找到一种快速有效的方法来治理该污染问题，已经迫在眉睫。生物炭是一种具有很强吸附能力的物质，能够将土壤中的重金属离子进行吸附与固定，而且可以改变土壤的物理性质与化学性质，提升其络合能力，从而解决重金属镉的污染问题。本文便运用实验的方式，通过模拟污染菜田，探究生物炭在土壤重金属镉污染治理中的运用。

　　关键词：生物炭;土壤;重金属镉;吸附行为;污染治理

　　重金属镉对土壤的污染不仅取决于总镉含量，还与其赋存形态相关，而生物炭的理化结构相对特殊，将其运用到土壤中，能够使土壤性质发生改变，从而使镉在土壤中的赋存形态发生变化，降低镉的活跃程度，从而达到污染治理效果。本实验主要模拟的是受到重金属镉污染的菜田，研究将生物炭加入到土壤中以后，其吸附行为对重金属镉所产生的短期与长期效应。

　　一、实验材料

　　实验土壤采样于某普通菜田，采样深度为5 cm，经测定，土壤中的总镉含量为0.19 mg/kg。实验所用的种子为普通油麦菜，对重金属镉有着较强的富集能力。实验所用的钝化剂为B-CSSH。实验试剂主要包括水合氯化镉、过氧化氢、硝酸、盐酸羟胺、醋酸铵、氯化钙、盐酸、氢氟酸、乙酸等。

　　二、实验方法

　　首先需要对样品土壤进行处理，通过人工方式，在样品中模拟出重度镉污染状态。先对样品土壤进行风干与研磨，分成两份，之后将氯化镉溶液分别加入到两份土壤中，使其中的总镉含量分别为1.5 mg/kg与2.5 mg/kg，充分搅拌后搁置7天。

　　(一)重金属镉的提取与测定方法

　　土壤中重金属镉的提取主要运用的是浸提法，具体包括氯化钙浸提、醋酸铵浸提以及乙酸浸提三种，其中，氯化钙浸提的具体方法为：先选取50 mL的离心管，之后将2g土壤样品放入其中，再加入20 mL浓度为0.01 mol/L的氯化钙溶液，保持25℃恒温条件下，连续震荡2小时，之后提取离心管中的上层清液，将其进行50倍的稀释之后，测定其中镉离子的含量。另两种方法与氯化钙浸提类似。

　　(二)菜品种植与采样

　　实验选取未被污染土壤与模拟污染土壤做比较，并在一部分样品中添加生物炭，一共设置了15盆样品，处理之后稳定7天。油麦菜种子在精心培育并追肥之后，每盆样品中选取两株健康幼苗，在第15天、第25天、第50天以及第75天时，分别采集菜品叶片与相应土壤，运用不同的浸提方式来提取其中的重金属镉，并通过平行试验来降低误差。

　　(三)生物炭对土壤中镉的吸附影响

　　实验采取已经放置6个月的样品土壤，将其确定为长期受重金属镉污染的土壤。实验组分为三个，向三个大烧杯中分别加入500 g土壤样品，其中一组不动，另外两组中分别加入生物炭与活性炭。之后向烧杯中加水，使水面比土壤面高5 cm，分别取土壤和表层水，前者运用醋酸铵浸提法进行有效态镉的浸提与测定，后者经抽滤之后，进行有效态镉的测定。在土壤取样时，前10个小时的取样周期为1小时，之后的取样周期为10小时，在7天之后，取样周期需要延长至3天，取样一共持续20天。

　　三、实验结果

　　(一)生物炭对镉的短期吸附效应

　　在将生物炭添加到土壤中的7个小时之内，土壤中的有效态镉先降后升;表层水中的有效态镉先升后降，这说明在浇水之后，土壤中的重金属镉会从土壤进入到水中。通过对添加生物炭样品与未添加生物炭样品的对比，发现前者中有效态镉含量的上升幅度较小，而且随着时间的推移，呈现出下降趋势，这说明生物炭对土壤中有效态镉起到了良好的吸附作用。

　　(二)生物炭对镉的长期吸附效应

　　在两份样品土壤中分别加入单纯生物炭与生物炭钝化剂，并再搁置第60天与第120天时分别运用乙酸浸提法提取其中的有效态镉进行测定。结果显示，在加入单纯生物炭的土壤样品中，第60天时，有效态镉的含量减少了72.34%，第120天时，减少了76.51%;在加入生物炭钝化剂的土壤样品中，第60天时，有效态镉的含量减少了79.28%，第120天时，减少了84.160/0。单纯加入生物炭的样品中，有效态镉含量要大于加入生物炭钝化剂的样品，这说明生物炭不仅会对土壤中所含的重金属镉起到一定的钝化所用，而且，加入生物炭钝化剂的效果要比加入单纯生物炭的效果好。

　　(三)生物炭在处理土壤重金属镉中的应用

　　实验运用两组实验组进行对照，其一土壤中加入了生物炭，其二未经处理，分别运用上述三种浸提方式来提取有效态镉，在油麦菜生长的第15天、第25天、第50天以及第75天时分别测定其叶片中的镉含量与相应土壤中的镉含量。结果显示，加入生物炭组的油麦菜镉含量，随着时间的推移，含量升高趋势减缓，而未经处理组的油麦菜镉含量，则呈现出比较明显的升高趋势，这说明生物炭能够有效阻隔油麦菜对土壤中重金属镉的吸收。以生物炭为基础的黑土体系与钝化体系是当前两种主要的应用，能够充分利用生物炭的吸附能力，吸附土壤中含有的有效态镉，影响其赋存形态，让其从原本的有效态镉，转变成残渣态或可氧化态，降低植物对重金属镉的富集能力。与此同时，生物炭还能够改变土壤性质，使土壤的络合能力得到有效提升，调整土壤的酸碱性，使其更有利于植物生长。

　　参考文献：

　　[1]张又弛，李会丹，生物炭对土壤中微生物群落结构及其生物地球化学功能的影响[J].生态环境学报.2015

　　[2]梁媛，李飞跃，施维林等j含磷材料及生物炭对复合重金属污染土壤修复效果与修复机理【J】.农业环境科学学报.2013

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