改性纳米碳黑对不同功能区土壤中重金属固定能力的应用研究

2018-11-08胡静姝

山东化工 2018年20期

胡静姝

(东莞理工学院城市学院，广东东莞 523106)

近年来，土壤重金属污染问题日益严重，重金属污染除了会导致土壤生产力下降,还会下渗污染地下水和农作物,并通过食物链危害人畜健康，东莞市作为我国经济快速发展地区也同样面临该问题。本课题以改性碳黑对土壤重金属污染进行修复，在土壤修复技术中引入了纳米材料，并且该修复技术是选取东莞市寮步镇三个不同功能区的土壤进行有针对性的修复，以不同功能区土壤为研究对象进行修复在东莞尚属首例，希望通过试验能为寮步镇乃至东莞市土壤重金属修复提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

仪器：BSA-124S型电子天平、DHG-9240型电热鼓风干燥箱、SHB-Ⅳ型循环水式多用真空泵、AA-6300C型原子吸收分光光度计。

试剂：纳米碳黑、硝酸钠、硝酸铜、硝酸锌、氢氧化钠、硝酸、MES、冰醋酸。

1.2 实验方法

1.2.1 纳米碳黑的氧化改性

将纳米碳黑进行清洗去杂质，在105℃下烘干3h备用。称取8组，每组10g于250mL锥形瓶中加热，每瓶加入200mL浓硝酸，加热至140℃反应2h，将反应产物反复离心清洗，直到上清液pH值稳定，转移到烧杯，在105℃下烘干至恒重，置于干燥器中备用,(本文以OCB表示氧化改性后的纳米碳黑，以CB表示未改性的纳米碳黑)[1]。

1.2.2 培养实验设计

每个功能区土壤进行5个处理：不加OCB的对照CK和分别把1%、3%、5%的OCB与污染土混合添加的处理[2]。材料混合后取100g放入聚乙烯材质杯子中，试验恒温控制在25±2℃，土壤水分控制在65%左右，并且分别在7、15、30d对每个功能区5个处理的土壤取样分析土壤重金属含量。

1.2.3 土壤重金属有效态分析

根据土壤酸碱度和缓冲量的不同而制定出的2种不同pH值的缓冲液作为提取液，因此当土壤pH值小于5时，加入试剂1(5.7mL冰醋酸500mL蒸馏水中，再加入64.3mL 1mol/L NaOH，用蒸馏水定容至1L，保证试剂pH值在4.93±0.05)；当土壤pH值大于5时，加入试剂2(5.7mL冰醋酸于蒸馏水中，定容至1L，保证试剂2的pH值在2.88±0.05)，缓冲液的pH值用1mol/L的HNO3和1mol/L的NaOH来调节，缓冲液的用量与土壤称样量的比例是20∶1，提取液在常温下振荡(18±2)h，离心，滤液用0.2μm滤膜过滤，再用1mol/L的HNO3调节提取液pH值至2以长时间保存，待测液中的重金属浓度用火焰原子吸收分光光度计法测定[3]。

2 结论与分析

2.1 施用OCB对居民区土壤中重金属固定能力的影响

由图1分析，在混施处理下，培养30d后OCB添加量为1%，3%，5%的处理，与CK相比土壤中有效态Cu含量分别降低了28.15%、41.96%、46.76%，土壤中有效态Cu含量低于CK。从7、15、30d的检测结果发现，培养时间对土壤中的有效态Cu含量的影响不显著。在包施处理下，土壤中有效态Cu的含量是会随着培养时间的增长降低，尤其在培养实验第30d实验结果显示，土壤中铜含量在经过5%OCB包施处理后比CK下降49.4%，和混施比低2.73%。

图1 OCB添加量与培养时间对居民区土壤中有效Cu含量的影响

图2 2OCB添加量与培养时间对居民区土壤中有效Zn含量的影响

由图2分析，在混施处理下，培养30d后OCB添加量为1%，3%，5%的处理，与CK相比土壤中有效态Zn含量分别降低了1.13%、11.86%、13.17%，土壤中有效态Zn含量低于CK。从7、15、30d的检测结果发现，培养时间对土壤中的有效态Zn含量的影响不显著。在包施处理下，土壤中有效态Zn的含量是会随着培养时间的增长明显降低，尤其在培养实验第30d实验结果显示，土壤中锌含量在经过5%OCB包施处理后比CK下降10.17%，和混施比高2.73%。

2.2 施用OCB对工业区土壤中重金属固定能力的影响

图3 OCB添加量与培养时间对工业区土壤中有效Cu含量的影响

由图3分析，在混施处理下，培养30d后OCB添加量为1%，3%，5%的处理，与CK相比土壤中有效态Cu含量分别降低了10.26%、40.51%、50.39%，土壤中有效态Cu含量低于CK。从7、15、30d的检测结果发现，培养时间对土壤中的有效态Cu含量的影响不显著。在包施处理下，土壤中有效态Cu的含量是会随着培养时间的增长明显降低，尤其在培养实验第30d实验结果显示，土壤中铜含量在经过5%OCB包施处理后比CK下降53.52%，和混施比低3.14%。

图4 OCB添加量与培养时间对工业区土壤中有效Zn含量的影响

由图4分析，在混施处理下，培养30d后OCB添加量为1%，3%，5%的处理，与CK相比土壤中有效态Zn含量分别降低了15.89%、16.66%、15.55%，土壤中有效态Zn含量低于CK。从7、15、30d的检测结果发现，培养时间对土壤中的有效态Zn含量的影响不显著，并且5%混施在15和30d检测结果发现，土壤中有效态Zn含量基本相同。在包施处理下，土壤中有效态Zn的含量是会随着培养时间的增长明显降低，尤其在培养实验第30天实验结果显示，土壤中锌含量在经过5%OCB包施处理后比CK下降9.45%，和混施比高6.11%。

2.3 使用OCB对公园区土壤中重金属固定能力的影响

图5 OCB添加量与培养时间对公园土壤中有效Cu含量的影响

由图5分析，在混施处理下，培养30d后OCB添加量为1%，3%，5%的处理，与CK相比土壤中有效态Cu含量分别降低了24.2%、54.23%、66.88%，土壤中有效态Cu含量低于CK。从7、15、30d的检测结果发现，培养时间对土壤中的有效态Cu含量的影响不显著。在包施处理下，土壤中有效态Cu的含量是会随着培养时间的增长明显降低，当培养达到30天时，采用5%包施处理土壤中有效态Cu的含量比CK降低了57.36%，比5%混施处理略高9.52%。

图6 OCB添加量与培养时间对公园土壤中有效Zn含量的影响

由图6分析，在混施处理下，培养30d后OCB添加量为1%，3%，5%的处理，与CK相比土壤中有效态Zn含量分别降低了7.66%、10.14%、10.24%，土壤中有效态Zn含量低于CK，并且在30d时检测发现，混施处理下土壤中的有效态Zn基本相同，说明已达平衡。从7、15、30d的检测结果发现，培养时间对土壤中的有效态Zn含量的影响不显著。在包施处理下，土壤中有效态Zn的含量是会随着培养时间的增长明显降低，尤其在培养实验第30d实验结果显示，土壤中锌含量在经过5%OCB包施处理后比CK下降21.14%，和混施比高11.14%。

3 总结及展望

3.1 总结

通过OCB对工业区、居民区以及公园土壤中重金属固定能力影响的实验，获得以下结论：①土壤中有效态Cu和Zn的含量随着OCB的增加而降低，但是培养时间的长短对土壤中有效态Cu和Zn的含量的变化影响不大。②OCB包施处理方法对土壤中有效态Cu和Zn的含量影响有着显著的效果，其变化的幅度比直接添加OCB1%、3%、5%处理土壤的变化要大，但是30天后培养检测结果显示,锌的吸附适宜采用OCB包施，铜的吸附适宜采用混施。③土壤中有效态Zn含量比土壤中有效态Cu高，说明改性后的纳米碳黑对土壤中有效态Cu的去除效果比土壤中有效态Zn的去除效果好[4]。