铁改性稻壳水热炭对土壤中铅和锑的固定效应研究

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目前,已有大量针对土壤中单一阴离子型或阳离子型重金属污染治理的方法和技术,单一离子型重金属污染物造成的污染,由于污染物具有相似的化学性质,更容易控制,但在现实情境中,由于物质循环和重金属污染的交叉重叠等因素,阴阳离子型重金属污染物常共存于土壤中,使土壤修复难度加大。因此,研究开发能够同时固定和修复土壤中阴阳离子型重金属污染物的材料具有重要的现实意义。本研究以三氯化铁和硫酸亚铁为改性剂,以稻壳为原料,调节改性剂用量和水热炭化温度,通过水热炭化法制备水热炭,研究发现:(1)铁改性剂用量和水热反应温度会对水热炭的基本理化性质产生影响。铁改性过程成功将铁及其化合物负载到稻壳水热炭上同时,增大了稻壳水热炭的孔径和孔隙体积,增加和丰富了稻壳水热炭表面的官能团数量和种类。(2)吸附实验表明,在铁改性剂含量为12.5%,水热反应温度为180℃条件下制备得到的稻壳水热炭吸附效果最佳。HC12.5-180对单一溶液体系中Pb(Ⅱ)和Sb(Ⅴ)的饱和吸附量分别为64.69和91.54 mg/g,对复合溶液体系中Pb(Ⅱ)和Sb(Ⅴ)的饱和吸附量分别为47.97和60.76 mg/g。动力学实验表明,HC12.5-180能快速吸附溶液中的Pb(Ⅱ)和Sb(Ⅴ),吸附反应在30 min后就已基本达到平衡;约12 h后,重金属污染物在水热炭表面的吸附达到动态平衡,准二级动力学方程对动力学吸附过程拟合效果更佳。(3)影响因素实验表明,溶液初始p H值、水热炭投加剂量和离子强度会对水热炭去除溶液中Pb(Ⅱ)和Sb(Ⅴ)的效果产生影响。解吸实验结果显示,铁改性稻壳水热炭吸附重金属后状态稳定,不易解吸。(4)土壤钝化实验表明,施加稻壳水热炭后,土壤p H值增大。HC12.5-180的施用促进了土壤中的Pb(Ⅱ)和Sb(Ⅴ)由有效态向稳定态转化的过程,降低了重金属的植物可利用性,对土壤中的Pb(Ⅱ)和Sb(Ⅴ)具有良好的固定效应。稻壳水热炭的制备有利于农业废弃物的资源化利用,同时对土壤中的阴阳离子型重金属污染物均具有良好的固定效应。该研究结果可作为水热炭在农业以及重金属污染土壤修复应用中的理论依据。
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