熱處理凹凸棒土對(duì)小白菜根際土壤中鎘毒性緩解效應(yīng)及其吸附機(jī)理

謝偉芳，程 婷，王文華，柳玲玲，周瑞榮，張邦喜*

(1.江蘇開(kāi)放大學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)院，江蘇 南京 210017；2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006)

【研究意義】目前，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥的泛濫使用，污水灌溉農(nóng)田，導(dǎo)致我國(guó)耕地污染問(wèn)題日益突出，其中重金屬污染對(duì)生態(tài)環(huán)境及糧食作物構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1-2]，而重金屬鎘(Cd)的污染情況尤為突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鎘污染耕地達(dá)2000萬(wàn)hm2，嚴(yán)重造成糧食減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200億元[3]。貴州省土壤中Cd的單因子污染指數(shù)高達(dá)4.05，已經(jīng)屬于Cd的重度污染區(qū)[4]，已嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)。Cd污染存在滯后性、隱蔽性、長(zhǎng)期性、沿食物鏈富集以及污染后修復(fù)難度大等問(wèn)題，故對(duì)農(nóng)田Cd污染治理及修復(fù)已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)[5]。【前人研究進(jìn)展】原位鈍化修復(fù)作為一種有效的重金屬污染修復(fù)治理技術(shù)，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者重視[6-7]。凹凸棒土是一種含水富鎂鋁硅酸鹽層鏈狀結(jié)構(gòu)的黏土礦物，因其具有較大的比表面積，良好的吸附性與離子交換性能[8]，而被廣泛應(yīng)用在化工、造紙、建材、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域[9]，研究表明，改性凹凸棒土對(duì)吸附廢水中重金屬具有顯著效果[10-12]。此外，還有研究表明土壤中施入凹凸棒土能改善土壤肥力，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[13]，固定土壤中Cd，防止其從土壤中遷移進(jìn)入植物體內(nèi)[14]，能促進(jìn)農(nóng)作物的增產(chǎn)，提高作物的粗蛋白含量[15]。【本研究切入點(diǎn)】但有關(guān)改性后凹凸棒土作為重金屬原位鈍化修復(fù)材料的研究較少，而凹凸棒土熱改性處理的研究更是鮮有報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為此，以小白菜為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，研究不同溫度煅燒下凹凸棒土施入土壤中對(duì)Cd的鈍化效果，并分析了土壤養(yǎng)分含量的變化情況及對(duì)小白菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響，采用SEM、FI-IR、XRD、XPS、氮?dú)馕郊盁嶂胤治鰧?duì)其熱處理材料變化及吸附Cd機(jī)理進(jìn)行探究，為熱處理改性凹凸棒土在土壤重金屬污染治理及修復(fù)工作中提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)所用的凹凸棒土取自江蘇盱眙，過(guò)200目篩，凹凸棒土的的化學(xué)性質(zhì)：比表面積為168 m2·g-1，CEC 為26 meq·100g-1，K2O為 3.12 mg·kg-1，P2O5為45.2 mg·kg-1，pH 8.02。供試土壤為貴州典型的旱地黃壤，pH 5.02，有機(jī)質(zhì)20.38 g·kg-1，堿解氮200.76 mg·kg-1，速效磷52.12 mg·kg-1，速效鉀145.50 mg·kg-1。供試作物為速生型小白菜。XRD鑒別采用德國(guó)布魯克公司D8ADVANCE型。SEM測(cè)定利用NoVaTMNano SEM 250，F(xiàn)EL(Hillsboro,OR,USA)。XPS測(cè)定采用ESCALAB 250Xi spectrometer，Thermo Electron Corporation,Waltham,MA,USA。FI-IR測(cè)定采用Nicolet 6700光譜儀，Nicolet Instrument Corporation,Madison,WI,USA。BET表面測(cè)定在77 K ，美國(guó)Micromeritics公司的ASPA2000型(outgass time:3.0 h,outgass temperature:300.0 ℃,Norcross,GA,USA)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年在江蘇省南京市江蘇城市職業(yè)學(xué)院內(nèi)進(jìn)行。采用土培盆栽試驗(yàn)，設(shè)置未添加凹凸棒土(CK)，25 ℃處理凹凸棒土(25 ℃ ATP)、200 ℃煅燒凹凸棒土(200 ℃ ATP)、300 ℃煅燒凹凸棒土(300 ℃ ATP)、400 ℃煅燒凹凸棒土(400 ℃ ATP)和500 ℃煅燒凹凸棒土(500 ℃ ATP)6個(gè)處理，每個(gè)處理4次重復(fù)，其中凹凸棒土經(jīng)各種溫度煅燒2 h。盆栽取1.5 kg過(guò)2 mm 篩的風(fēng)干土，以CdCl2·2.5 H2O(優(yōu)級(jí)純)溶液制備鎘濃度為1 mg·kg-1的污染土壤，室溫下穩(wěn)定平衡40 d。將各溫度煅燒下的凹凸棒土以1.0 %的比例添加到鎘污染的土壤中，混合均勻，放在塑料盆中并施入已配置好的營(yíng)養(yǎng)液，每天澆水，每周二以營(yíng)養(yǎng)液代替清水進(jìn)行澆灌，使土壤含水量保持在田間最大持水量的75 %，于2018年4月10日播種，每盆播種15粒種子，發(fā)芽后間苗培養(yǎng)45 d，于2018年5月25日收獲。

1.3 樣品采集與測(cè)定

植物樣品：種植期間間苗3次，調(diào)查小白菜的出苗率。收獲時(shí)，取小白菜地上部分，用卷尺測(cè)量其株高，并將小白菜整株收集，清洗并充分晾干后稱量整株鮮重，最后將樣品在105 ℃的烘箱中殺青30 min后于75 ℃下烘干至恒重，稱取干重后磨碎儲(chǔ)存。磨碎的樣品采用HNO3-HClO4消煮，使用火焰原子吸收光譜法測(cè)定植株中鎘含量[16]。

土壤樣品：小白菜收獲后，將不同處理的土樣進(jìn)行風(fēng)干并分別過(guò)20和100目篩，自封袋保存。土壤pH值采用pH計(jì)法測(cè)定(水土比 2.5∶1)；有機(jī)質(zhì)含量利用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測(cè)定；土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效磷含量用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀用醋酸銨提取—火焰分光光度計(jì)法測(cè)定；土壤鎘總量采用HCl-HNO3-HF-HClO4消煮法測(cè)定[17]；土壤有效態(tài)Cd含量采用DTPA浸提，石墨爐原子吸收光譜法[18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)使用 SAS 9.1.3 對(duì)不同處理進(jìn)行差異顯著性分析，使用Microsoft Excel 2010制表，Origin8.6 (U.S.A,Origin Lab Corp.) 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理凹凸棒土對(duì)小白菜生長(zhǎng)狀況的影響

從表1可以看出，與CK比較，其他處理中小白菜的出苗率、株高、葉片數(shù)及生物量均有不同程度的增加，其中25 ℃ ATP、200 ℃ ATP、300 ℃ ATP、400 ℃ ATP、500 ℃ ATP處理的小白菜出苗率分別較CK顯著增加，增幅達(dá)21.95 %，37.52 %，46.90 %，65.67 %，53.28 %；小白菜葉片數(shù)、株高、生物量均呈相同趨勢(shì)，并均達(dá)到顯著性差異，表明凹凸棒土的施入緩解了鎘污染土壤中小白菜生長(zhǎng)受抑制的現(xiàn)象，有利于小白菜的發(fā)育與增產(chǎn)。此外，小白菜的長(zhǎng)勢(shì)隨著凹凸棒土煅燒溫度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，其中煅燒溫度為400 ℃時(shí)(400 ℃ ATP)，小白菜的各項(xiàng)農(nóng)藝指標(biāo)均達(dá)到最高值，長(zhǎng)勢(shì)最好，均高于或顯著高于其他處理。

表1 熱處理凹凸棒土對(duì)小白菜性狀的影響Table 1 Effects of attapulgite thermal treatment on characters of pakchoi

2.2 熱處理凹凸棒土對(duì)小白菜鎘含量的影響

由圖1可知，CK處理中小白菜鎘含量最高(0.49 mg·kg-1)，表明小白菜吸收了土壤中大量的鎘，遭受鎘的毒害作用。然而，小白菜的鎘含量在施用凹凸棒土后顯著下降，其中25 ℃ ATP、200 ℃ ATP、300 ℃ ATP、400 ℃ ATP、500 ℃ ATP處理的小白菜鎘含量分別較CK顯著降低，降幅達(dá)16.28 %，30.23 %，41.86 %，55.81 %，44.19 %，僅施入未經(jīng)過(guò)煅燒的凹凸棒土就可以達(dá)到比較明顯的效果，表明凹凸棒土對(duì)降低小白菜體內(nèi)鎘含量，抑制鎘吸收，緩解小白菜的鎘毒害有顯著的效果。另外，其效果隨著凹凸棒土煅燒溫度的增加呈先上升后降低的趨勢(shì)，其中煅燒溫度為400 ℃時(shí)(400 ℃ ATP)小白菜體內(nèi)的鎘含量降到最低值，效果最佳。

2.3 熱處理凹凸棒土對(duì)土壤pH及速效養(yǎng)分的影響

如表2所示，與供試土壤相比較(pH 5.02)，各處理土壤的pH值均有明顯提高。與CK相比較，25 ℃ ATP、200 ℃ ATP、300 ℃ ATP、400 ℃ ATP、500 ℃ ATP處理的土壤pH分別增加了0.39、0.58、0.72、1.06、0.71個(gè)單位，并且均達(dá)到顯著性差異，表明向酸性土壤中施用凹凸棒土可顯著提高土壤的pH。其中，土壤pH值隨著凹凸棒土煅燒溫度的增加整體呈上升的趨勢(shì)，其中煅燒溫度為400 ℃時(shí)(400 ℃ ATP)土壤pH達(dá)到最高。此外，表2顯示，與CK相比，土壤中施用不同溫度煅燒的凹凸棒土對(duì)堿解氮含量的影響并不明顯，雖有略微升高的趨勢(shì)，但并未達(dá)到顯著性差異。25 ℃ ATP處理能顯著增加土壤中速效磷的含量，而其他處理土壤中速效磷的含量則顯著低于CK。總體而言，隨著煅燒溫度升高，土壤中速效磷的含量降低。土壤中速效鉀在400 ℃ ATP和500 ℃ ATP處理中含量顯著低于CK，其他處理下其含量與CK相比并沒(méi)有明顯的差異。

表2 熱處理凹凸棒土對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響Table 2 Effects of heat-treated attapulgite on soil physical and chemical properties

2.4 熱處理凹凸棒土對(duì)土壤鎘含量的影響

如圖2所示，CK處理土壤中鎘的總含量最低，為0.47 mg·kg-1。25 ℃ ATP、200 ℃ ATP、300 ℃ ATP、400 ℃ ATP、500 ℃ ATP處理的土壤總鎘含量分別較CK顯著增加，增幅達(dá)12.77 %，19.15 %，23.40 %，29.79 %，17.02 %，由此可知，施用凹凸棒土?xí)黾油寥廊k的含量，表明凹凸棒土有利于土壤全鎘的固定，并且對(duì)全鎘的固定效果在400 ℃ ATP處理下達(dá)到最好的效果。土壤中有效態(tài)鎘含量的變化趨勢(shì)與全量鎘的變化正好相反，CK處理土壤中有效態(tài)鎘含量最高，為0.41 mg·kg-1，而25 ℃ ATP、200 ℃ ATP、300 ℃ ATP、400 ℃ ATP、500 ℃ ATP處理的土壤有效態(tài)鎘含量分別較CK顯著降低，降幅達(dá)14.63 %，24.39 %，31.71 %，43.90 %，36.59 %，其有效態(tài)鎘含量隨著凹凸棒土煅燒溫度的增加呈上升的趨勢(shì)，其中400 ℃ ATP處理下土壤有效態(tài)鎘含量降幅最大，抑制鎘毒害效果最好。

2.5 熱處理凹凸棒土表征

由圖3可知，在不同梯度熱處理下，原凹凸棒土由灰白色逐漸變?yōu)闇\紅色，這可能是因?yàn)槠渲械亩r(jià)鐵轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵。凹凸棒表面上存在棒晶結(jié)構(gòu)以及空隙，這對(duì)重金屬吸附具有重要作用。當(dāng)溫度升至200 ℃時(shí)，熱處理未破壞凹凸棒的結(jié)構(gòu)，其棒狀結(jié)構(gòu)未受影響，但出現(xiàn)了局部團(tuán)聚現(xiàn)象，溫度加至300 ℃時(shí)，孔隙增加，棒狀結(jié)構(gòu)仍存在，團(tuán)聚現(xiàn)象依然出現(xiàn)。溫度進(jìn)一步增加時(shí)(400和500 ℃)，凹凸棒形貌開(kāi)始改變，棒晶也開(kāi)始減少，此時(shí)結(jié)晶水基本脫除。凹凸棒土與土壤結(jié)合后，觀測(cè)出其棒晶結(jié)構(gòu)大量存在于材料表面，其孔隙圖中400 ℃處理相比增大了，這些孔隙及棒晶的存在使得凹凸棒土吸附Cd，減少了植物對(duì)Cd的吸收。

圖4中，2θ 在8.91°處為凹凸棒土的基礎(chǔ)框架特征衍射峰，其晶面為(110)，該峰峰型對(duì)稱且尖銳，相對(duì)強(qiáng)度越大，表明凹凸棒土的晶型越完整。從圖4可看出，隨著溫度升高，凹凸棒的(110)晶面逐漸消失，當(dāng)溫度為500 ℃處理時(shí)凹凸棒土的(110)晶面已幾乎消失，說(shuō)明溫度升高會(huì)破壞凹凸棒土的結(jié)構(gòu)。在400 ℃處理時(shí)凹凸棒土與土壤結(jié)合吸附Cd后，其(110)晶面仍存在，表明吸附后未破壞凹凸棒土結(jié)構(gòu)。20.12°和21.22°出現(xiàn)的衍射峰晶面分別為(040)及(121)，這2個(gè)峰為凹凸棒土內(nèi)部Si-O-Si晶面的特征峰。在27.01°處出現(xiàn)強(qiáng)衍射峰，此峰為石英的特征衍射峰，表明凹凸棒土中伴生有石英和碳酸鹽雜質(zhì)。

由圖5可知，凹凸棒土中一般含有4種狀態(tài)的水，即表面吸附水、孔道吸附水、結(jié)晶水及結(jié)構(gòu)水[19]。凹凸棒土有4個(gè)失水階段，第1階段為70 ℃左右時(shí)，凹凸棒土表面吸附水脫出。第2階段為130 ℃左右時(shí)，凹凸棒土孔道吸附水脫出。第3階段為溫度在250 ℃時(shí)，凹凸棒土部分結(jié)晶水脫出，在500 ℃左右時(shí)，剩余結(jié)晶水脫出。第4階段為溫度在600 ℃以上時(shí)，結(jié)構(gòu)水脫出。凹凸棒土XRD衍射峰在300 ℃之前的(110)未發(fā)生明顯改變，此時(shí)主要是失去了表面吸附水、孔道吸附水及部分結(jié)晶水。400 ℃之后(110)晶面特征峰逐漸減弱，這是由于加熱使得凹凸棒土內(nèi)部結(jié)晶水和部分結(jié)構(gòu)水脫出，兩者是支撐凹凸棒土的主要成分，使得其結(jié)構(gòu)完整性遭到破壞[19]。

從圖6可看出，隨著溫度的增加，凹凸棒土的主要吸收峰位置變化不大，但一些峰強(qiáng)度逐漸減弱，如3550 cm-1左右處結(jié)構(gòu)水的-OH的伸縮振動(dòng)峰、1650 cm-1處的-COO-的C=O伸縮振動(dòng)以及1030 cm-1處的Si-OH伸縮振動(dòng)吸收峰，這是由于高溫使得凹凸棒土內(nèi)結(jié)構(gòu)水脫出，破壞了凹凸棒土結(jié)構(gòu)，使得這些峰逐漸減弱。在400 ℃下處理的凹凸棒土結(jié)合土壤吸附Cd后，3550 cm-1左右處結(jié)構(gòu)水-OH伸縮振動(dòng)峰的位置及峰強(qiáng)度發(fā)生變化，此外，Si-OH伸縮振動(dòng)峰增強(qiáng)，這可能是由于凹凸棒土與土壤及水分結(jié)合后，使得凹凸棒土的某些吸收峰發(fā)生了改變[20]。

從圖7-a中可見(jiàn)，吸附之前400 ℃熱處理的凹凸棒土未觀測(cè)到有Cd3d存在，但吸附之后在材料表面觀測(cè)到了Cd3d的存在。此外，在其表面還觀測(cè)到了Si、O、Fe及Mg等元素存在。從圖7-b可知，該樣品的Cd3d5/2結(jié)合能為407.02 eV，與Cd2+交換蒙脫石的Cd3d5/2結(jié)合能相近[20]，表明凹凸棒土主要由表面硅羥基與Cd通過(guò)靜電引力進(jìn)行表面絡(luò)合。

從圖8可看出，吸附Cd前后材料吸附-解析曲線符合IUPAC的IV類(lèi)曲線，屬于介孔材料。吸附之前，400 ℃熱處理凹凸棒土的比表面積和孔徑分別為94.34 m2/g及3.94 nm，吸附之后的材料比表面積為66.44 m2/g及2.74 nm。吸附Cd之后，材料比表面積減小，孔徑也縮小，這可能是由于材料吸附Cd后，Cd逐漸占滿了吸附位點(diǎn)，導(dǎo)致比表面積和孔徑縮小[21]。

3 討 論

凹凸棒土的施入使小白菜葉片數(shù)，株高、生物量均增多，有利于小白菜的發(fā)育與增產(chǎn)，這與胡鐘勝[22]等研究一致，其研究發(fā)現(xiàn)土壤中添加不同劑量的凹凸棒土均可增加煙草的根長(zhǎng)及干重，提高煙草的生長(zhǎng)發(fā)育，并降低煙草體內(nèi)鎘的含量。此外，袁惠君等[9]研究表明，在凹凸棒土施入量小于80 g·kg-1時(shí)，小麥的千粒重隨凹凸棒土用量的增大而增加。李婧等[23]在土壤中添加凹凸棒石，有效增加了小白菜的產(chǎn)量，降低小白菜葉片中鎘的含量。因此，在土壤中施用凹凸棒土后，小白菜的生物量顯著提高，株高、葉片數(shù)等農(nóng)藝性狀均得到明顯改善。同時(shí)，在鎘毒害的土壤中添加凹凸棒土顯著降低了小白菜體內(nèi)鎘含量，從而緩解了小白菜的鎘脅迫癥狀，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育，并且小白菜的農(nóng)藝性狀隨著施用的凹凸棒土煅燒溫度的增加呈上升的趨勢(shì)，其中400 ℃ ATP處理下，小白菜的生長(zhǎng)發(fā)育達(dá)到較好的狀態(tài)，這是因?yàn)榻?jīng)煅燒的凹凸棒土變得疏松，可以調(diào)節(jié)土壤肥力，有利于作物生長(zhǎng)[15,24]，同時(shí)熱處理后的凹凸棒土加強(qiáng)了土壤對(duì)鎘的吸持固定，改變了土壤中鎘的有效性及活力，從而抑制了土壤鎘向植物的遷移[25-26]，而煅燒溫度過(guò)高(>400 ℃)，凹凸棒土結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，纖維燒結(jié)并出現(xiàn)堆積，使孔隙容積和表面積減小，性質(zhì)明顯改善，吸附能力減弱，從而降低對(duì)小白菜生長(zhǎng)的促進(jìn)作用[24]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，添加不同溫度煅燒的凹凸棒后，土壤的pH值顯著升高，從而降低土壤中鎘的有效性，抑制植株對(duì)鎘的吸收。然而施加凹凸棒土對(duì)土壤中養(yǎng)分的影響不盡相同，其中，堿解氮含量在不同處理間無(wú)明顯變化，速效磷和速效鉀含量隨著施入凹凸棒土煅燒溫度的增加，整體呈降低的趨勢(shì)。同時(shí)，李婧等[23]研究認(rèn)為，向酸性土壤中施用凹凸棒石顯著提高了土壤pH，并且過(guò)量施用凹凸棒石會(huì)導(dǎo)致土壤速效養(yǎng)分被吸附，從而使土壤堿解氮、速效磷、速效鉀等有效養(yǎng)分含量降低。范迪富等[26]研究發(fā)現(xiàn)，向土壤中添加凹凸棒石粘土可明顯提高根系土pH值。袁惠君等[9]同樣發(fā)現(xiàn)，向灌淤土中施用過(guò)量的凹凸棒石可以降低土壤中速效養(yǎng)分的含量。這主要是因?yàn)榘纪拱敉脸蕢A性，能改善土壤的pH，并且效果明顯。另外，凹凸棒土有較強(qiáng)的吸附性，趙廷偉等[27]研究表明過(guò)量施用凹凸棒土?xí)?dǎo)致速效養(yǎng)分被吸收，使得土壤中堿解氮和速效磷含量減少，與本研究結(jié)果基本一致。但其研究顯示土壤中速效鉀含量隨著添加凹凸棒土?xí)龃螅狙芯恐兴傩р浄炊档停赡苁怯捎陟褵纪拱敉羶?nèi)部結(jié)構(gòu)被改變，吸附土壤中速效鉀，從而降低了其含量。

凹凸棒土可明顯降低有效態(tài)鎘含量，且400 ℃ ATP處理下，效果最好。主要是由于高溫煅燒使凹凸棒土脫去吸附水、沸石水，脫水使晶格內(nèi)部的部分鍵斷裂，活性點(diǎn)位明顯增加[28]，雜亂堆積的針棒狀結(jié)構(gòu)也會(huì)變得疏松多孔，孔隙容積和比表面積增加。然而，當(dāng)煅燒溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)引起凹凸棒土晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷，降低孔隙容積和比表面積，從降低其吸附性[29]。殷萌等[30]研究發(fā)現(xiàn)，凹凸棒土經(jīng)400和700 ℃煅燒后，施入土壤后對(duì)重金屬鎘、鋅、砷鈍化效果明顯。綜合來(lái)看，凹凸棒土能促進(jìn)鎘污染土壤中小白菜的生長(zhǎng)發(fā)育，降低小白菜體內(nèi)鎘含量，施用凹凸棒土能顯著提高土壤pH值，降低土壤中速效養(yǎng)分的含量，明顯降低有效態(tài)鎘含量，其中，凹凸棒土的煅燒溫度為400 ℃時(shí)，對(duì)小白菜生長(zhǎng)的促進(jìn)作用及重金屬鎘的鈍化效果最好。

在低溫煅燒時(shí)，凹凸棒土中部分有機(jī)物及水蒸氣未燒盡，溫度再升高時(shí)，凹凸棒土由于失去部分結(jié)構(gòu)水或羥基脫出，使得孔洞塌陷、纖維束堆積，從而造成材料孔體積和比表面積減少[21]。凹凸棒土XRD衍射峰在300 ℃之前主要是失去了表面吸附水、孔道吸附水及部分結(jié)晶水，400 ℃之后凹凸棒土內(nèi)部結(jié)晶水和部分結(jié)構(gòu)水脫出，一些結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，如3550 cm-1左右處結(jié)構(gòu)水的-OH的伸縮振動(dòng)峰、1650 cm-1處的—COO-的C=O伸縮振動(dòng)以及1030 cm-1處的Si-OH伸縮振動(dòng)吸收峰。熱處理后的凹凸棒土吸附Cd前后，其晶面(110)位置及強(qiáng)度未發(fā)生變化，表面吸附Cd后并未破壞凹凸棒土結(jié)構(gòu)，也未觀察到有CdCO3、CdSiO3等沉淀物生成，則該吸附過(guò)程主要發(fā)生在材料表面，進(jìn)一步說(shuō)明凹凸棒土主要是通過(guò)官能團(tuán)與Cd發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，化學(xué)沉淀在反應(yīng)中不占主導(dǎo)地位[20]，這與XPS表征結(jié)果凹凸棒土主要由表面硅羥基與Cd通過(guò)靜電引力進(jìn)行表面絡(luò)合一致。綜上，凹凸棒土表面存在大量孔隙及棒晶，使得凹凸棒土表面硅羥基與Cd通過(guò)靜電引力進(jìn)行表面絡(luò)合，減少了植物對(duì)Cd的吸收。

4 結(jié) 論

添加不同溫度煅燒的凹凸棒后，土壤的pH值顯著升高，從而降低土壤中鎘的有效性，抑制植株對(duì)鎘的吸收，且在400 ℃煅燒ATP處理下，效果最好。主要是由于高溫煅燒使凹凸棒土脫去吸附水、沸石水，脫水使晶格內(nèi)部的部分鍵斷裂，活性點(diǎn)位明顯增加。此外，凹凸棒土表面存在大量孔隙及棒晶，使得凹凸棒土表面硅羥基與Cd通過(guò)靜電引力進(jìn)行表面絡(luò)合，減少了植物對(duì)Cd的吸收。因此，凹凸棒土經(jīng)適當(dāng)溫度煅燒改性，加入土壤后，可以明顯改善土壤性質(zhì)，降低土壤中鎘有效態(tài)含量，促進(jìn)植株的生長(zhǎng)發(fā)育。