PDF《秸秆生物质炭吸附溶液中 Cu2+ 的影响因素研究①》

土壤(Soils), 2014, 46(3): 489C497 ①基金项目:国家自然科学基金项目(41030531, 41271464)、农业部公益性行业专项(201203045)和中国科学院知识创新工程青年人才类 重要方向项目(KZCX2-EW-QN403)资助.

* 通讯作者(jiangxin@issas.ac.cn) 作者简介:贾明云(1985―),女,河南南阳人,博士研究生,主要研究方向为土壤化学与污染控制技术.E-mail: myjia@issas.ac.cn 秸秆生物质炭吸附溶液中 Cu2+ 的影响因素研究 ① 贾明云,王芳,卞永荣,杨兴伦,谷成刚,宋洋,蒋新* (土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所),南京 210008) 摘要:生物质炭在吸附土壤中重金属和有机污染物方面发挥着重要作用,然而关于生物质炭吸附重金属的影 响因素研究较少.以小麦和玉米秸秆为原料制备生物质炭,分析了生物质炭和溶液性质对水溶液中 Cu2+ 吸附的影响. 结果表明生物质炭可有效吸附 Cu2+ , 且不易解吸. Cu2+ 吸附量随 pH 和Cu2+ 初始浓度的升高而增加;

高温炭对 Cu2+ 的 吸附随离子强度增强而增大;

柠檬酸抑制低温炭对 Cu2+ 的吸附,而腐植酸促进 Cu2+ 吸附;

生物质炭灰分对 Cu2+ 吸 附无显著影响. 关键词:热解;

络合作用;

沉淀作用;

离子交换 中图分类号:X53 由于高强度、密集型种植过程中农药、化肥等的 施用,以及工业、交通和城市化进程的发展,致使有 毒有害污染物已从水、土、气等多种渠道进入人类赖 以生存的土壤环境[1] .据报道,我国受重金属污染的 耕地近

2 000 万hm2 ,约占总耕地面积的 1/5,而每 年生产出的受重金属污染的粮食约

1 200 万t[2] ,已 严重威胁到人体健康.修复重金属污染土壤,实现农 业清洁生产、 保证农产品质量安全已成为亟待解决的 重大农业、环境和食品安全问题[1, 3] .目前重金属污 染土壤修复主要有两种途径, 一是利用生物或工程技 术措施从土壤中带走重金属;

二是改变重金属在土壤 中的存在形态,降低其迁移性和生物有效性[4] .前一 种方法在一定程度上降低土地的当下产出率, 加剧粮 食紧张问题.而选用廉价、环境友好的吸附改良材料 固定土壤中的重金属,降低其植物可利用性,则可能 实现既保证粮食生产又保证农产品安全. 利用农业废弃物在厌氧条件下制备的生物质炭, 在固碳减排、供肥增产、改良土壤酸性等方面已经发 挥了重要的作用[5C7] .生物质炭表面具有巨大的比表 面积,多级孔隙结构和丰富的有机含氧官能团,在吸 附固持重金属类污染物方面具有巨大的潜能[8] .目前,通过添加生物质炭固定土壤中的 Pb、Cd、Cu、 Ni 等重金属,降低其迁移性、生物有效性和植物毒 性等方面,已有相关的研究[9C11] .然而,大多数的研 究只关注于在特定条件下生物质炭对重金属的吸附 能力,而忽视了环境条件对生物质炭吸附重金属的 影响[12] .事实上,不同温度条件下制备的生物质炭 的物理化学性质如 pH、灰分含量、表面结构形态等 存在极大的差异[13C14] ,而环境条件如土壤 pH、根系 分泌的小分子有机酸以及土壤腐殖化过程中产生的 大分子腐植酸等均会影响重金属在土壤中的存在形 态[15C17] ,因此不同温度下制备的生物质炭在不同环 境条件下对重金属的吸附能力及主导吸附机制可能 会存在差异. 本文以 Cu2+ 为例,研究了不同温度条件下热解 制备的小麦和玉米秸秆炭对 Cu2+ 的吸附能力,并通 过改变体系条件,探讨了灰分、pH、Cu2+ 初始浓度、 离子强度以及小分子柠檬酸和大分子胡敏酸对 Cu2+ 吸附的影响,以期阐明生物质炭对 Cu2+ 吸附的主导 作用机制.