改性納米碳黑對不同功能區土壤中重金屬固定能力的應用研究

胡靜姝

(東莞理工學院 城市學院，廣東 東莞 523106)

近年來，土壤重金屬污染問題日益嚴重，重金屬污染除了會導致土壤生產力下降,還會下滲污染地下水和農作物,并通過食物鏈危害人畜健康，東莞市作為我國經濟快速發展地區也同樣面臨該問題。本課題以改性碳黑對土壤重金屬污染進行修復，在土壤修復技術中引入了納米材料，并且該修復技術是選取東莞市寮步鎮三個不同功能區的土壤進行有針對性的修復，以不同功能區土壤為研究對象進行修復在東莞尚屬首例，希望通過試驗能為寮步鎮乃至東莞市土壤重金屬修復提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

儀器：BSA-124S型電子天平、DHG-9240型電熱鼓風干燥箱、SHB-Ⅳ型循環水式多用真空泵、AA-6300C型原子吸收分光光度計。

試劑：納米碳黑、硝酸鈉、硝酸銅、硝酸鋅、氫氧化鈉、硝酸、MES、冰醋酸。

1.2 實驗方法

1.2.1 納米碳黑的氧化改性

將納米碳黑進行清洗去雜質，在105℃下烘干3h備用。稱取8組，每組10g于250mL錐形瓶中加熱，每瓶加入200mL濃硝酸，加熱至140℃反應2h，將反應產物反復離心清洗，直到上清液pH值穩定，轉移到燒杯，在105℃下烘干至恒重，置于干燥器中備用,(本文以OCB表示氧化改性后的納米碳黑，以CB表示未改性的納米碳黑)[1]。

1.2.2 培養實驗設計

每個功能區土壤進行5個處理：不加OCB的對照CK和分別把1%、3%、5%的OCB與污染土混合添加的處理[2]。材料混合后取100g放入聚乙烯材質杯子中，試驗恒溫控制在25±2℃，土壤水分控制在65%左右，并且分別在7、15、30d對每個功能區5個處理的土壤取樣分析土壤重金屬含量。

1.2.3 土壤重金屬有效態分析

根據土壤酸堿度和緩沖量的不同而制定出的2種不同pH值的緩沖液作為提取液，因此當土壤pH值小于5時，加入試劑1(5.7mL冰醋酸500mL蒸餾水中，再加入64.3mL 1mol/L NaOH，用蒸餾水定容至1L，保證試劑pH值在4.93±0.05)；當土壤pH值大于5時，加入試劑2(5.7mL冰醋酸于蒸餾水中，定容至1L，保證試劑2的pH值在2.88±0.05)，緩沖液的pH值用1mol/L的HNO3和1mol/L的NaOH來調節，緩沖液的用量與土壤稱樣量的比例是20∶1，提取液在常溫下振蕩(18±2)h，離心，濾液用0.2μm濾膜過濾，再用1mol/L的HNO3調節提取液pH值至2以長時間保存，待測液中的重金屬濃度用火焰原子吸收分光光度計法測定[3]。

2 結論與分析

2.1 施用OCB對居民區土壤中重金屬固定能力的影響

由圖1分析，在混施處理下，培養30d后OCB添加量為1%，3%，5%的處理，與CK相比土壤中有效態Cu含量分別降低了28.15%、41.96%、46.76%，土壤中有效態Cu含量低于CK。從7、15、30d的檢測結果發現，培養時間對土壤中的有效態Cu含量的影響不顯著。在包施處理下，土壤中有效態Cu的含量是會隨著培養時間的增長降低，尤其在培養實驗第30d實驗結果顯示，土壤中銅含量在經過5%OCB包施處理后比CK下降49.4%，和混施比低2.73%。

圖1 OCB添加量與培養時間對居民區土壤中有效Cu含量的影響

圖2 2OCB添加量與培養時間對居民區土壤中有效Zn含量的影響

由圖2分析，在混施處理下，培養30d后OCB添加量為1%，3%，5%的處理，與CK相比土壤中有效態Zn含量分別降低了1.13%、11.86%、13.17%，土壤中有效態Zn含量低于CK。從7、15、30d的檢測結果發現，培養時間對土壤中的有效態Zn含量的影響不顯著。在包施處理下，土壤中有效態Zn的含量是會隨著培養時間的增長明顯降低，尤其在培養實驗第30d實驗結果顯示，土壤中鋅含量在經過5%OCB包施處理后比CK下降10.17%，和混施比高2.73%。

2.2 施用OCB對工業區土壤中重金屬固定能力的影響

圖3 OCB添加量與培養時間對工業區土壤中有效Cu含量的影響

由圖3分析，在混施處理下，培養30d后OCB添加量為1%，3%，5%的處理，與CK相比土壤中有效態Cu含量分別降低了10.26%、40.51%、50.39%，土壤中有效態Cu含量低于CK。從7、15、30d的檢測結果發現，培養時間對土壤中的有效態Cu含量的影響不顯著。在包施處理下，土壤中有效態Cu的含量是會隨著培養時間的增長明顯降低，尤其在培養實驗第30d實驗結果顯示，土壤中銅含量在經過5%OCB包施處理后比CK下降53.52%，和混施比低3.14%。

圖4 OCB添加量與培養時間對工業區土壤中有效Zn含量的影響

由圖4分析，在混施處理下，培養30d后OCB添加量為1%，3%，5%的處理，與CK相比土壤中有效態Zn含量分別降低了15.89%、16.66%、15.55%，土壤中有效態Zn含量低于CK。從7、15、30d的檢測結果發現，培養時間對土壤中的有效態Zn含量的影響不顯著，并且5%混施在15和30d檢測結果發現，土壤中有效態Zn含量基本相同。在包施處理下，土壤中有效態Zn的含量是會隨著培養時間的增長明顯降低，尤其在培養實驗第30天實驗結果顯示，土壤中鋅含量在經過5%OCB包施處理后比CK下降9.45%，和混施比高6.11%。

2.3 使用OCB對公園區土壤中重金屬固定能力的影響

圖5 OCB添加量與培養時間對公園土壤中有效Cu含量的影響

由圖5分析，在混施處理下，培養30d后OCB添加量為1%，3%，5%的處理，與CK相比土壤中有效態Cu含量分別降低了24.2%、54.23%、66.88%，土壤中有效態Cu含量低于CK。從7、15、30d的檢測結果發現，培養時間對土壤中的有效態Cu含量的影響不顯著。在包施處理下，土壤中有效態Cu的含量是會隨著培養時間的增長明顯降低，當培養達到30天時，采用5%包施處理土壤中有效態Cu的含量比CK降低了57.36%，比5%混施處理略高9.52%。

圖6 OCB添加量與培養時間對公園土壤中有效Zn含量的影響

由圖6分析，在混施處理下，培養30d后OCB添加量為1%，3%，5%的處理，與CK相比土壤中有效態Zn含量分別降低了7.66%、10.14%、10.24%，土壤中有效態Zn含量低于CK，并且在30d時檢測發現，混施處理下土壤中的有效態Zn基本相同，說明已達平衡。從7、15、30d的檢測結果發現，培養時間對土壤中的有效態Zn含量的影響不顯著。在包施處理下，土壤中有效態Zn的含量是會隨著培養時間的增長明顯降低，尤其在培養實驗第30d實驗結果顯示，土壤中鋅含量在經過5%OCB包施處理后比CK下降21.14%，和混施比高11.14%。

3 總結及展望

3.1 總結

通過OCB對工業區、居民區以及公園土壤中重金屬固定能力影響的實驗，獲得以下結論：①土壤中有效態Cu和Zn的含量隨著OCB的增加而降低，但是培養時間的長短對土壤中有效態Cu和Zn的含量的變化影響不大。②OCB包施處理方法對土壤中有效態Cu和Zn的含量影響有著顯著的效果，其變化的幅度比直接添加OCB1%、3%、5%處理土壤的變化要大，但是30天后培養檢測結果顯示,鋅的吸附適宜采用OCB包施，銅的吸附適宜采用混施。③土壤中有效態Zn含量比土壤中有效態Cu高，說明改性后的納米碳黑對土壤中有效態Cu的去除效果比土壤中有效態Zn的去除效果好[4]。

3.2 展望

在本實驗中OCB施用的時候，盡管OCB對重金屬有吸附能力，使重金屬的有效態含量降低，但是這過程中有可能導致植物所需要的營養元素流失，最好在施用時配合一些肥料施用，這樣就可以防止營養的流失，但需要進一步的研究提供依據[5]。