秸秆生物炭添加对川西北沙化土壤吸附双酚A的影响研究

摘要

双酚A在生活中应用广泛，易在自然环境中积累，其具有的生物毒性和内分泌干扰作用，对生态环境构成的危害日益突出。生物炭是一种新型的环境功能材料，对污染物有良好的吸附性能而被广泛应用于环境中污染物的控制。针对土壤沙化与土壤污染问题的缓解与修复，选择川西北高寒草地的沙化土壤（PS：泥炭土壤，ND：未沙化土壤，LD：轻度沙化土壤，MD：中度沙化土壤）和BPA为代表。研究了沙化对土壤吸附BPA的影响及作用机制。选择了玉米秸秆生物炭（BC350、BC500、BC700），研究了不同裂解温度的生物炭对BPA吸附性能的影响。筛选BPA吸附性能强的生物炭，评估生物炭添加对沙化土壤增强吸附的强度。其主要结论如下： （1）BPA在4种受试土壤上的吸附过程，双室一级动力学拟合效果最好（R2＞0.99）。振荡与非振荡吸附对BPA吸附量的影响较小。振荡条件下，中度沙化土壤MD的双室吸附现象最明显；PS、ND主要以快吸附为主（f1：0.84、0.65）。沙化后，LD、MD的快慢吸附所占比例相近（f1：0.50、0.59），达到吸附平衡所用时间较短（1d）。4种受试土壤对BPA的吸附表现出较强的非线性(N,0.52～0.70)。沙化后，吸附非线性增强，饱和吸附量(Qm)下降3.7～5.7倍 。4种受试土壤的最大吸附量Qm依次为:MD(1050mg/kg)＜LD(1506mg/kg）＜ND(7011mg/kg)＜PS(8901mg/kg),与其SOM含量显著线性正相关(P＜0.05)。 （2）随着土层深度的增加，土壤对BPA的吸附性能下降，下降幅度与土壤沙化程度显著相关，沙化越严重下降幅度越大（MD＞LD＞ND＞PS）；沙化后，0～40 cm各层土壤对BPA的吸附性能都显著下降。粒径增大，团聚体的吸附性能先增加后减小，0.5～1.0 mm粒级团聚体吸附性能最强；沙化后，各粒级团聚体的吸附性能差异显著增大，吸附贡献率分布也不同。5种粒级的团聚体对未沙化土壤ND吸附BPA的贡献率基本相当，而沙化土壤LD和MD吸附BPA主要来自小团聚体（＜0.25、0.25～0.5 mm）的贡献（86～88%）。 （3）生物炭对BPA的吸附动力学具有明显的双室吸附特征。裂解温度升高，吸附平衡时间增长，双室吸附现象更明显，但对快慢吸附比例影响较小（f1，0.53～0.61）。随着初始浓度增加，吸附平衡时间越长，吸附量受裂解温度的影响越明显。生物炭对BPA等温吸附曲线呈“L型”，非线性显著(N，0.18～0.43)。裂解温度越高，非线性越明显，表面吸附贡献增加而分配作用减弱。裂解温度升高，生物炭对BPA吸附性能（Qm）先减小后增大，BC350（106874 mg/kg）、BC500（31329mg/kg）、BC700（123154mg/kg）。 （4）添加高温生物炭BC700后，中度沙化土壤MD对BPA的吸附性能显著增强，其增强强度与添加比例有关。添加1%、2%、4%、和8%的BC700后，MD对BPA的平衡吸附量分别增加68%、270%、432%和627%。其中生物炭占总贡献率的41.0%、73.5%、82.5%、87.3%。当生物炭添加量超过2%时，生物炭土壤对BPA的吸附作用由生物炭主导。 （5）与BC700显著的慢吸附特征相比，BC700添加到沙化土壤后BPA的慢吸附特征减弱，这与沙化土壤介入高温生物炭慢吸附过程受到抑制有关。随着生物炭添加量和吸附时间的增加，生物炭的吸附受到的抑制越明显。土壤对生物炭的抑制强度受吸附时间的影响高达76%。吸附性能卓越的高温生物炭添加，增加了土壤吸附有机污染的能力，降低有机污染物在土壤环境中迁移的生态风险。添加比例越高，有机污染物固定吸附效果越好，但土壤对生物炭吸附的抑制作用也越明显。

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