生物炭的環境吸附行為及在土壤重金屬鎘污染治理中的應用分析

□趙彩梅

(文水縣農業委員會 山西 呂梁 032100)

生物炭的環境吸附行為及在土壤重金屬鎘污染治理中的應用分析

□趙彩梅

(文水縣農業委員會 山西 呂梁 032100)

隨著Cd污染治理過程中問題的不斷出現，炭材料與鈍化劑的聯合應用而生。為此，本文研究了生物炭的吸附性能及其環境行為，并分析了生物炭對鎘污染土壤的修復效應，為生物炭在重金屬Cd的防治提供了一定的理論依據。

重金屬；鎘污染；生物炭；土壤修復

1 生物炭吸附性能及環境行為研究

1.1 炭材料的“極性”和“非極性”性質

炭材料的官能團有酸性和堿性兩種，其中酸性的官能團具有極性，官能團越多對極性物質就有著越強的吸附性，另一種具有非極性，官能團數量多對于吸附極性較弱或者非極性的物質有利。吸附性能還與炭材料的制作材料有關，這是由于不同的材料制得的產品密度不同，官能團的數量也不同，這便影響到炭材料的極性。此外，炭化溫度也會影響官能團的密度，炭化的溫度越高，材料中的氧含量越低，炭材料便會從軟質變為硬質，吸附性能也因此而改變。其中，對于有機污染物軟炭的吸附性能主要是集中于線性分配，硬炭則是非線性表面吸附。

1.2 炭材料結構和性質對Cd2+吸附過程的影響

炭材料對Cd2+的吸附是一個物理過程和化學過程均有涉及的復雜過程。其中，物理吸附過程主要分為兩個階段，在濃度較低時是一種簡單的表面吸附，隨著濃度的不斷升高逐漸轉化為多層吸附，在不同空隙結構的炭材料中，Cd2+擴散速率不同，且物理吸附的性能不是特別好，在某些條件下Cd2+還是會擴散出來；化學吸附則是一個相對穩定的吸附過程，它是利用炭材料的不同官能團的吸附作用，官能團數量越多，對陽離子的吸附性能越好。

1.3 影響不同炭材料吸附性能的因素

在活性炭的制作加工過程中，往往要對其進行改性從而獲得較大的比表面積，然而可能會降低Cd2+的飽和吸附量。類似于草本生物炭等物質盡管其比表面積不是很大，但其Cd2+的飽和吸附量很高。在實際過程中，我們要兼顧比表面積和單位面積吸附效率兩個因素，如果盲目地增大比表面積，會增加投入的成本。生物炭的來源廣泛，制作成本較低，并且對Cd2+有較強的吸附能力，因此在鎘污染的治理方面更有優勢。

2 生物炭對鎘污染土壤修復效應的研究

2.1 生物炭對受污土壤中錫賦存形態的影晌

從長遠來看，在弱酸環境下的鎘污染農田中，生物炭的添加會使提取態鎘的含量明顯下降，且這一效果在高濃度下的鎘污染中更為明顯，而如果將其與鈍化劑共同使用的話會有更好的效果，提取態鎘的降低量將多余僅使用生物炭時10%。這便為實際工作中鎘的短期活化以及長期鈍化等提供了理論基礎。我們可以玉米田中施加生物炭，使鎘活化，再通過灌水、排水的方式將可溶態的鎘排除；或者直接用弱酸性液體沖洗土壤，將溶于弱酸的鎘收集后處理。

2.2 鈍化劑和生物炭聯用體系的投加方式

相比于B-CSSH改性后的生物炭，在生物炭中添加B-CSSH的鎘鈍化效果要遠遠好于前者。這可能是由于在生物炭的改性過程中，吸附了一定量的B-CSSH，從而大大降低了生物炭的吸附能力。此外也可能是由于改性過程中改變了生物炭中硬炭與軟炭的比例，從而使B-CSSH對Cd的鈍化作用減弱。所以在實際過程中，我們應采用先添加生物炭，后添加鈍化劑的方法，保證優良的吸附性能。

2.3 以生物炭為核心的玉米田Cd污染治理體系的研究

我們構建的以生物炭為核心的鈍化體系在鎘污染土地整治中發揮了良好的作用。在土壤中，Cd主要是以弱酸提取態或者是殘渣態存在，不同成分的鈍化體系對Cd的轉化能力也不同。這是由于鈍化劑的含量在很大程度上決定了鈍化體系的性能，要根據不同的Cd濃度選取恰當的鈍化體系。鈍化體系中的生物炭的吸附性能主要是由于官能團的配位原子具有絡合能力，可以改變土壤的PH值、有機質含量等，從而改變土壤對Cd的吸附能力。

結束語

通過分析生物炭的吸附性能和環境行為以及生物炭對鎘污染土壤的修復效應，探討了炭材料吸附性能的特點和影響因素，對建立生物炭為核心的Cd污染治理體系做了詳細的闡述，實驗表明這一體系對Cd污染治理有著顯著的成效，Cd的鈍化率明顯增大。然而這一效果能否保持長久還需要大量的實驗及實地耕種去驗證。

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1004-7026（2017）10-0049-01

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10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.10.032