施加生物炭对河流沿岸土吸附铜的影响机制

摘要

为探究生物炭施加对河流沿岸土吸附铜的影响机制,采集嘉陵江流域(川渝段)内苍溪(CX)、南部(NB)、嘉陵(JL)和合川(HC)沿岸土表层(S,0~20 cm)、亚表层(D,20~40 cm)共8种土样,分别将1%(质量比)生物炭(B)加入到8种土样中形成混合土样(CXSB、NBSB、JLSB和HCSB;CXDB、NBDB、JLDB和HCDB)。以原始土样作为对照,批处理法研究各供试土样在不同温度、pH和离子强度下的Cu2+吸附和热力学特征,并分析Cu的吸附形态。结果显示:(1)各供试土样对Cu2+的等温吸附都适用Langmuir模型描述,Cu2+的最大吸附量qm在62.20~363.64 mmol/kg之间,S层土样对Cu2+的吸附量均呈现JL>NB>CX>HC的趋势,而D层土样呈现JL>CX>NB>HC的趋势。施加生物炭有助于增强D层土壤对Cu2+的吸附。(2)20~40℃范围内,各供试土样对Cu2+的吸附量均随温度的升高而升高,表现为增温正效应。热力学参数结果表明各混合土样对Cu2+的吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。(3)pH的升高有利于各供试土样对Cu2+的吸附。随着离子强度的增加,各混合土样(HCS和HCD除外)对Cu2+的吸附量均呈现先增后降的趋势,0.1 mol/L时最大。(4)土样中吸附的铜主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜存在,生物炭的施加增加了土样中可交换态(HC除外)和有机结合态铜含量,而对碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜影响较小。供试土样对Cu2+的qm主要是由CEC和比表面积决定的。