【摘 要】
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随着工业化的快速发展,重金属污染严重威胁着社会环境和人类健康,通常都难以治理。吸附法和钝化修复具有操作简单,经济高效等优点,是目前最具潜力的重金属污染修复技术。而现有的修复材料大多成本较高,修复效果也有待提高,因此,寻求一种绿色环保,经济高效的修复材料成为了研究的热点。粉煤灰作为固体废弃物,虽然含有大量的铝、硅等活性位点,对重金属镉(Cd)、铅(Pb)和铜(Cu)有一定的吸附潜力,但吸附性能仍有待
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随着工业化的快速发展,重金属污染严重威胁着社会环境和人类健康,通常都难以治理。吸附法和钝化修复具有操作简单,经济高效等优点,是目前最具潜力的重金属污染修复技术。而现有的修复材料大多成本较高,修复效果也有待提高,因此,寻求一种绿色环保,经济高效的修复材料成为了研究的热点。粉煤灰作为固体废弃物,虽然含有大量的铝、硅等活性位点,对重金属镉(Cd)、铅(Pb)和铜(Cu)有一定的吸附潜力,但吸附性能仍有待进一步提高。因此,论文以淮南电厂粉煤灰作为研究对象,采用机械球磨的方式制备球磨粉煤灰(BMFA)和球磨钙基粉煤灰(Ca-FA),研究了改性粉煤灰在初始p H值、吸附剂用量、吸附时间、溶液初始浓度等因素作用下对Cd、Pb、Cu吸附性能的影响,结合SEM-EDS、XRD、FTIR和XPS等表征手段探究其对水体中Cd、Pb、Cu的吸附机理。另外,通过土壤培养,以Ca-FA作为钝化剂,探究其对Cd、Pb、Cu污染土壤的钝化效果及对微生物群落结构的影响。其主要结论如下:(1)机械球磨能使粉煤灰表面由光滑的球形玻璃状颗粒破碎分离成粗糙的多孔结构,比表面积增大,显著提高其对重金属Cd、Pb、Cu的去除效果。当p H=6.0,吸附剂用量为0.05 g,初始浓度为60 mg/L时,BMFA对Cd、Pb、Cu的吸附效果最好,且分别在60 min、240 min和180 min内达到饱和。此外,准二级动力学模型和Langmuir模型能更好的描述BMFA对Cd、Pb、Cu的吸附过程,说明BMFA对Cd、Pb、Cu的吸附以化学作用为主,其最大吸附量分别为19.57 mg/g、13.98mg/g和3.15 mg/g。(2)对比BMFA,当CaO添加比例为1%时,Ca-FA对Cd、Pb、Cu的去除效果显著提高,当重金属溶液初始浓度为60mg/L时去除率分别达到了100%、98.7%和99.9%。在吸附最佳条件p H=6.0,吸附剂用量为0.05 g,初始浓度为60 mg/L时,Ca-FA对重金属Cd、Pb、Cu的吸附分别在480 min、720 min和240 min内饱和,其最大吸附量分别为54.14 mg/g、119.76 mg/g和63.48 mg/g。(3)在土壤中添加不同钝化剂(FA 1%、FA 3%、FA 5%、Ca-FA 1%、Ca-FA3%、Ca-FA 5%),培养48天后土壤的p H、EC和有效态Ca含量均有所增加,土壤理化性质有所变化,导致重金属Cd、Pb、Cu的有效态含量明显降低。结合SEM、XRD,FTIR,XPS表征分析,Ca-FA对重金属Cd、Pb、Cu的钝化机理包括物理吸附、静电吸附、离子交换、沉淀作用和配位络合,其中配位络合反应占主导作用。(4)钝化剂FA和Ca-FA的添加均会使土壤中微生物群落组成发生变化,增加其多样性和相对丰度,其中钝化剂Ca-FA 3%添加量能够显著增加土壤中微生物群落Alpha多样性,而Ca-FA 5%添加量与其他处理的土壤微生物群落结构均存在显著差异,对土壤微生物群落的影响最大。过多的钝化剂会对土壤微生物群落产生一定的毒害作用,因此Ca-FA的添加量应控制在3%以内。p H、EC、有效态Ca、Cd、Pb、Cu是不同处理土壤微生物群落结构变化的影响因素,其中土壤的p H和EC值起着决定性作用。图[35个]表[16个]参[120个]
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