改性泥炭土对稻田汞污染的钝化研究

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汞是毒性最大的重金属之一,具有很强的神经毒性和致畸性,已被我国和联合国环境规划署等多个国家(机构)列为优先控制污染物。在汞污染中,土壤污染问题突出,并且日益严重。在中国汞污染地区,仍然有很多地方大面积使用汞污染土壤进行水稻种植,而水稻对毒性更强的甲基汞的富集能力要比其他作物高很多,对当地居民饮食安全造成了严重威胁。因此开展对稻田汞污染土壤的修复迫在眉睫,探究一种能有效降低稻米中总汞和甲基汞的修复材料具有重要的理论依据和现实意义。本论文以泥炭土为原材料,进行不同方法的改性,制得改性泥炭土。首先通过土培实验,初步筛选出效果较好的改性泥炭土。然后,将筛选出来的改性泥炭土进行吸附解吸实验,研究其对汞的最大吸附量及解吸程度,并通过红外光谱分析,初步探讨其吸附机理。最后,进行水稻盆栽实验,研究其修复效果及机理。论文主要得到以下结果:(1)土培实验结果表明:草本泥炭土的添加能明显抑制土壤中甲基汞及水溶态与可交换态汞含量,经改性后钝化效果明显增加,其中钝化效果较好的有巯基乙酸与硒化物混合改性组、巯丙基改性组、巯基乙酸改性组和亚硒酸钠改组。在按土壤质量比2%添加的条件下,对于不同比例巯基物质改性泥炭土,在1:0.1~1:1(泥炭土:巯基物质=g:ml)巯基物质改性范围内,对土壤中甲基汞均有一定的降低效果;在1000:0.25~1000:10(泥炭土:硒化物=g:g)硒化物改性范围内,不同比例硒酸钠改性对土壤中甲基汞含量降低效果不明显,而对于不同比例亚硒酸钠改性,随着改性比例越大,对土壤中甲基汞的降低效果越好。(2)吸附解吸实验结果表明:巯丙基改性后明显提高了泥炭土的巯基含量,增加泥炭土对Hg2+的吸附量,使吸附平衡时间明显缩短,其中泥炭土经过1:1巯丙基改性后对Hg2+的最大吸附量由74.764 mg/g增加到了174.361 mg/g;各组吸附动力学过程均符合准二级动力学方程;等温吸附过程中Langmuir方程拟合效果最好;泥炭土及巯丙基改性泥炭土解吸率均较低;红外光谱分析表明泥炭土对Hg2+的吸附主要是通过羟基、羰基等官能团对汞的络合吸附作用。(3)草本泥炭土水稻盆栽实验结果表明:对照组中稻米总汞和甲基汞含量分别为202.93±26.41μg/kg、133.96±8.6μg/kg,草本泥炭土的添加能极显著降低稻米中总汞和甲基汞的含量,平均降低率分别为27.44%、45.97%;经过巯丙基改性(1:1)后,稻米中总汞和甲基汞含量进一步降低,含量分别为25.33±5.07μg/kg、8.33±1.46μg/kg,平均降低率分别达到了87.52%、93.79%。(4)藓类泥炭土水稻盆栽实验结果表明:添加巯丙基改性藓类泥炭土在黏土和沙土土壤中均能明显降低稻米汞的含量,且在黏土中对稻米汞的降低效果明显好于沙土,在黏土中,当巯丙基改性比例分别为1:0.2、1:0.5、1:1时,稻米总汞平均降低率分别为79.14%、90.81%、93.14%,稻米甲基汞平均降低率分别为82.72%、92.01%、93.87%,在沙土中,1:0.5巯丙基改性组稻米中总汞和甲基汞含量平均降低率分别为54.28%、62.18%。在水稻生长中期黏土和沙土土壤中,巯丙基改性藓类泥炭土的添加进一步降低间隙水总汞及土壤中生物可利用态汞(溶解态与可交换态汞、特殊吸附态)和氧化态汞的含量,且巯基对甲基汞有很强的吸附能力,能将土壤中甲基汞吸附固定,从而抑制了水稻对土壤中总汞和甲基汞的吸收,降低了稻米中总汞和甲基汞的含量。
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