【摘 要】
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我国土壤重金属污染问题日趋严重,研发有效的土壤重金属污染修复技术是当前的紧迫任务之一。化学钝化修复技术具有操作简便、成效快、适用范围广等优点,被广泛应用于重金属污
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我国土壤重金属污染问题日趋严重,研发有效的土壤重金属污染修复技术是当前的紧迫任务之一。化学钝化修复技术具有操作简便、成效快、适用范围广等优点,被广泛应用于重金属污染修复。化学钝化技术的核心是钝化材料,含磷矿物材料因具有多种优异特性,常被用作重金属钝化材料。磷矿浮选尾矿是一种重要的含磷矿物材料,但针对该材料的土壤重金属钝化研究鲜有报道。本研究利用草酸铵为改性剂研制改性磷矿浮选尾矿钝化材料;采用现代化分析手段表征改性材料的物理化学性状;通过批处理吸附实验探究改性材料对典型重金属(Cd、Pb和Cu)的吸附特性及作用机理;利用室内土壤培养实验研究改性材料对不同性状土壤中典型重金属的钝化效果。主要结果如下:(1)改性材料中重金属含量低于国家有关环保标准限值,具有作为土壤修复材料潜力。改性后材料pH值偏弱碱性(7.65),阳离子交换容量和有效磷含量均显著增加,其中有效磷含量增加约10倍。其主要成分为草酸钙和草酸镁,表面负载了草酸根基团、羧基和羟基等含氧官能团,含磷官能团与重金属亲和力增强。改性后材料比表面积明显降低,孔隙分布以微孔为主,表面形貌特征为无定型结构,更加光滑。(2)投加量和pH显著影响改性材料对重金属的吸附作用。改性材料投加量为1 g·L-1时对Cd2+、Pb2+和Cu2+的吸附量最大,对Cd2+、Pb2+和Cu2+的吸附效果在pH值为3~5时较好。改性材料对3种重金属的吸附动力学实验结果均符合伪二级动力学方程,以化学吸附为主;等温吸附分析显示其对3种重金属的吸附实验结果均符合Langmuir等温吸附模型,为单层均质吸附。改性后材料对Pb2+的吸附速率显著提升,但对Cd2+和Cu2+的吸附速率降低;对Cd2+、Pb2+和Cu2+的最大吸附量增加了11~50倍,分别达279.88 mg·g-1、764.34 mg·g-1和245.53 mg·g-1,且吸附稳定性高,解吸率均低于15%;在二元复合体系中对Pb2+吸附亲和力较强。利用SEM/EDS、XRD、FITR和XPS等分析发现改性材料可能通过磷酸根沉淀作用,活性钙镁离子交换共沉淀作用及新负载的草酸根、羟基和羧基的络合沉淀作用来吸附固持Cd2+、Pb2+和Cu2+,其中草酸根络合及沉淀作用贡献较大。(3)施加改性前后材料均导致本研究采用的中性和酸性土壤的pH值升高,碱性土壤的pH值降低;三种土壤有效磷含量均显著增加,其中改性材料处理增加幅度更显著。施加改性前后材料改变了土壤Cd、Pb和Cu有效态含量。草酸铵改性材料显著降低了本研究中酸性土壤中Cd和Pb有效态含量,施加量为5%时分别降低44.56%和62.75%,但Cu有效态含量明显增加。改性材料施加后土壤重金属赋存形态发生明显变化,本研究采用的中性土壤和酸性土壤中Cd和Pb弱酸提取态比例均显著降低。总体而言,改性材料有利于酸性和中性Cd和Pb污染土壤修复,但更严谨的钝化材料适用条件和普适性还需深入研究。
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