沸石炭复合材料去除土壤中重金属镉的研究

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当前我国土壤镉污染形势严峻,许多学者针对镉污染土壤的修复进行了大量研究,吸附法是一种有效修复镉污染土壤的方法,但目前大多吸附材料以重金属固化为主,且多为粉末态和细颗粒状,在实际应用中存在难回收问题。因此,需要制备一种兼具吸附性能与机械性能的可回收土壤吸附剂用于土壤镉污染修复。本研究选择玉米淀粉、鱼骨粉和污泥颗粒三种常见生物炭原料与天然沸石粉分别混合,制备得到不同吸附剂,其中天然沸石粉作为吸附剂的机械强度支撑部分并提供一定吸附性能。镉吸附实验结果表明,当玉米淀粉与天然沸石粉的质量比为5:5,烧制温度为400℃时,镉去除效率可达95.53%,将其命名为ZC。用Na OH溶液对ZC进行改性,优化改性条件并将改性后的吸附材料命名为ZCM。对两种沸石炭复合材料进行了表征和机械强度测试,结果表明经Na OH改性的ZCM孔道结构更清晰,表面官能团数量增加,两种吸附材料均具有介孔结构。机械强度实验结果表明两种吸附材料均能应用于镉污染土壤修复中。水溶液中的Cd(II)吸附实验结果表明,ZC和ZCM对重金属Cd(II)的吸附性能受到p H和溶液初始浓度的影响,平衡吸附量分别为2.78 mg/g和9.02 mg/g。ZC和ZCM的吸附动力学模型拟合更符合准二级动力学方程,吸附等温线模型拟合结果更符合Freundlich方程和Temkin方程。经数据分析,认为两种吸附剂对Cd(II)的吸附机理包括:络合吸附、离子交换、沉淀作用和粒内扩散吸附。土壤颗粒的Cd(II)吸附与释放实验表明,p H值对土壤颗粒的Cd(II)吸附性能具有重要影响,平衡时镉吸附量为3.23 mg/g。吸附过程能更好地拟合准一级动力学方程、颗粒内扩散模型以及Freundlich模型。土壤颗粒对Cd(II)的释放过程符合准二级动力学模型和颗粒内扩散模型。经分析得到土壤颗粒对Cd(II)的吸附机理包括:离子交换、络合反应和沉淀反应。土壤中复合吸附剂的Cd(II)吸附实验表明,加入ZC和ZCM后污染土壤的镉含量有效降低,平衡时镉去除率分别为43.23%和46.37%,ZCM对土壤中Cd(II)的吸附效果更佳。重金属镉形态分析结果表明加入吸附剂后,水溶态镉和弱酸提取态镉占比下降,残渣态增加。经数据分析认为沸石炭复合材料对土壤中重金属Cd(II)的吸附机理包括:物理吸附、离子交换、沉淀反应和络合作用。
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