纳米零价铁改性生物炭对污染土壤中Cd稳定化效果及作用机制研究

摘要

为研究纳米零价铁改性生物炭(nZVI-BC)对土壤镉(Cd)的长效稳定机制,特别是生物炭(BC)老化过程中nZVI-BC与Cd的界面相互作用,本研究以玉米秸秆为原料制备了nZVI-BC,采用批吸附与养护试验相结合的方法并利用现代光谱分析手段探究了nZVI-BC对液相Cd(Ⅱ)的吸附和对土壤中Cd的稳定化效果与作用机制。结果表明:nZVI负载显著提高了生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附能力,nZVI-BC对Cd(Ⅱ)的饱和吸附量是BC的4.3倍(125.5 mg·g^(-1)vs 23.61 mg·g^(-1))。nZVI-BC对Cd(Ⅱ)的吸附更符合伪二级动力学方程,吸附过程以化学吸附为主;其等温吸附更符合Langmuir模型,属于单层吸附。随着养护时间的增加,生物炭表面的Cd负载量逐渐增加,老化后BC表面形成的含氧官能团是Cd饱和吸附力增加的主要原因。相比而言,nZVI-BC上Cd的负载量呈先增加后逐渐降低的趋势。沉淀与表面络合是nZVI-BC固定土壤中Cd的主要机制,而Fe含量的降低和Fe的氧化则是导致其Cd固定量降低的主要原因。尽管如此,nZVI-BC对Cd的吸附仍保持在较高水平且远高于BC。综上所述,nZVI-BC可以作为一种能够适用于中度污染农田中Cd修复的高效稳定化材料。