生物炭在土壤重金属镉污染治理中的应用分析

2017-09-03李朝晖

中国农业信息 2017年10期

关键词：钝化剂官能团极性

田正，李朝晖

（沅江市南大膳镇农业技术推广服务站，湖南益阳 413116）

生物炭在土壤重金属镉污染治理中的应用分析

田正，李朝晖

（沅江市南大膳镇农业技术推广服务站，湖南益阳 413116）

随着镉（Cd）污染治理过程中问题的不断出现，炭材料与钝化剂的联合应用而生。为此，文章主要研究生物炭的吸附性能及其环境行为，并分析生物炭对镉污染土壤的修复效应，为生物炭在重金属镉的防治提供了一定的理论依据。

重金属镉污染生物炭土壤修复

镉是一种毒性很强的重金属元素，随着工业废弃物的胡乱排放，垃圾处理方式的不恰当等途径，土壤中镉的含量在不断提高，镉污染问题十分严峻。生物炭是一种孔隙发达，吸附能力很强的物质。它的应用为控制及解决土壤镉污染提供了技术帮助。

1 生物炭吸附性能及环境行为研究

1.1 炭材料旳“极性”和“非极性”性质

炭材料的官能团有酸性和碱性2种。其中，酸性的官能团具有极性，官能团越多，对极性物质就有着越强的吸附性；另一种具有非极性。官能团数量多，对于吸附极性较弱或者非极性的物质有利。吸附性能还与炭材料的制作材料有关，这是由于不同的材料制得的产品密度不同，官能团的数量也不同，并影响到炭材料的极性。此外，炭化温度也会影响官能团的密度。炭化的温度越高，材料中的氧含量越低，炭材料便会从软质变为硬质，吸附性能也因此而改变。其中，对于有机污染物软炭的吸附性能，主要集中于线性分配；硬炭则是非线性表面吸附。因此，依据材料的比表面积并不能很好地解释炭材料的吸附性能，官能团的密度才是解决这一问题的关键。

1.2 炭材料结构和性质对Cd2+吸附过程的影响

炭材料对Cd2+的吸附是一个物理过程和化学过程均有涉及的复杂过程。其中，物理吸附过程主要分为2个阶段。在浓度较低时，是一种简单的表面吸附，随着浓度的不断升高，逐渐转化为多层吸附，在不同空隙结构的炭材料中，Cd2+扩散速率不同，且物理吸附的性能不是特别好，在某些条件下Cd2+还是会扩散出来；化学吸附则是一个相对稳定的吸附过程，它是利用炭材料的不同官能团的吸附作用，官能团数量越多，则对阳离子的吸附性能越好。

1.3 影响不同炭材料吸附性能的因素

在活性炭的制作加工过程中，往往要对其进行改性从而获得较大的比表面积，然而，可能会降低Cd2+的饱和吸附量。类似于草本生物炭等物质，尽管其比表面积不是很大。但其，Cd2+的饱和吸附量很高。在实际过程中，要兼顾比表面积和单位面积吸附效率2个因素，如果盲目地增大比表面积，会增加投入的成本。生物炭的来源广泛，制作成本较低，并且对Cd2+有较强的吸附能力，因此，在镉污染的治理方面更有优势。

2 生物炭对镉污染土壤修复效应的研究

2.1 生物炭对受污土壞中锡賦存形态的影晌

从长远来看，在弱酸环境下的镉污染农田中，生物炭的添加，会使提取态镉的含量明显下降，且这一效果在高浓度下的镉污染中更为明显。如果将其与钝化剂共同使用则会有更好的效果，提取态镉的降低量将多余仅使用生物炭时10%，这便为实际工作中，镉的短期活化及长期钝化等提供了理论基础。在水稻田中施加生物炭，使镉活化，再通过灌水、排水的方式将可溶态的镉排除或者直接用弱酸性液体冲洗土壤，将溶于弱酸的镉收集后处理。

2.2 钝化剂和生物炭联用体系的投加方式

相比于B-CSSH改性后的生物炭，在生物炭中添加B-CSSH的镉钝化效果要远好于前者，这可能由于在生物炭的改性过程中，吸附了一定量的B-CSSH，从而大大降低了生物炭的吸附能力。此外，也可能由于改性过程中，改变了生物炭中硬炭与软炭的比例，从而使生物炭对镉的钝化作用减弱。所以，在实际过程中，应采用先添加生物炭，后添加钝化剂的方法，保证优良的吸附性能。