单一植物淋洗剂及其与HPMA和PBTCA复合对土壤重金属的去除研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuwei1st
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土壤重金属污染已成为全球关注的焦点之一。常用的土壤重金属污染修复技术主要有固化稳定化、电动修复、淋洗技术和植物修复技术等。其中,淋洗技术由于其操作简单、高效快速且能永久去除土壤中的重金属被广泛应用于高浓度多金属复合污染的土壤修复。本研究采用马桑(Coriaria nepalensis)、铁线莲(Clematis brevicaudata)、清香木(Pistacia weinmannifolia)和蓖麻(Ricinus communis)四种环境友好的植物材料,探究由其制备而成的植物淋洗剂及其与可降解辅助剂水解聚马来酸酐(HPMA)和2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)复合在不同淋洗条件下对土壤重金属的去除效率,同时从淋洗前后土壤基础理化性质、残余土壤重金属的形态方面和潜在生态风险指数等评估淋洗后的生态风险。主要研究结果如下:(1)马桑、铁线莲、清香木和蓖麻四种植物材料作为淋洗剂对土壤重金属均具有较好的淋洗效果。其中,马桑对土壤重金属Pb和Zn的淋洗效率最好,对Cd的淋洗率相对较差,在浓度为80 g L-1时,对Pb和Zn淋洗率分别为62.02%和29.18%,而对Cd的淋洗效率仅为21.60%。相同条件下,铁线莲和蓖麻则对土壤Cd的去除效率最好,分别为25.89%和25.24%;而清香木对土壤重金属Cd、Pb和Zn的淋洗率均最低。(2)植物淋洗剂的浓度、淋洗液pH和淋洗时间对重金属的淋洗效率影响显著。随着淋洗剂浓度的增加,重金属的去除率呈对数增长趋势;随着淋洗液pH的升高,重金属的淋洗率下降;而随淋洗时间的增加,四种植物淋洗剂对不同重金属的淋洗率呈不同的变化趋势。(3)四种植物淋洗剂主要去除的是土壤交换态重金属,而残渣态重金属的去除量最少。单一淋洗后土壤重金属Cd的生态风险指数显著降低,土壤Zn的生态风险指数变化不大,而土壤Pb的生态风险指数在马桑和蓖麻淋洗后显著降低。淋洗后三种重金属的生态风险表现为rEC d>rEP b>rEZn;植物淋洗剂淋洗后,土壤氮、磷和钾以及土壤脲酶、酸性磷酸酶和β-葡萄糖苷酶的含量均显著降低,但降低程度显著低于EDTA,且土壤有机碳则有所增加。(4)植物淋洗剂作为潜在的环境友好生物材料,其对重金属的去除来源于其有机分子结构中的有效官能团,例如-OH、–NH2和–COOH等。这些官能团能与土壤表面的重金属离子通过离子交换、络合或其他化学反应相互作用,达到从土壤中去除重金属的目的。(5)HPMA或PBTCA与植物淋洗剂复合淋洗,可以显著提高单一的植物淋洗剂对土壤重金属的去除率。其中,HPMA在酸性条件下与植物淋洗剂复合对重金属的去除提高率大于PBTCA,此时土壤Cd、Pb和Zn的最大提升率分别为18.69%(PW+HPMA)、12.89%(CN+HPMA)和18.00%(PW+HPMA);在中性或碱性条件下,HPMA与植物淋洗剂复合对重金属的去除提高率则小于PBTCA,此时,土壤Cd、Pb和Zn的最大提升率均来自于PW+PBTCA,分别为24.18%、54.38%和25.47%。(6)复合淋洗剂的浓度、pH和淋洗时间显著影响其对重金属的去除效率。土壤重金属的淋洗率随着植物淋洗剂浓度和淋洗时间的增加而增加,而随着pH的升高,呈现不同的变化趋势。当复合淋洗液pH>7.0时,添加HPMA的复合淋洗剂对重金属的去除主要呈轻微下降趋势,而添加PBTCA的复合淋洗剂对重金属的去除显著上升。(7)复合淋洗后,土壤Cd,Pb和Zn的可交换态含量显著降低,且降低幅度最大,分别为43.22-55.28%,50.60-95.19%和63.09-83.11%;与单一植物淋洗剂淋洗后相比,复合淋洗剂能有效降低重金属的潜在生态风险,且HPMA降低的幅度大于PBTCA。复合淋洗后,土壤氮、磷和钾与土壤脲酶、酸性磷酸酶和β-葡萄糖苷酶含量均降低,但降低程度依然显著低于EDTA(p<0.05),而土壤有机碳则依旧明显提高(p<0.05)。与单一植物淋洗剂对比,总体上,复合淋洗后土壤养分及酶含量并没有显著降低。(8)酸性、中性和碱性条件淋洗后的复合淋洗剂的傅立叶红外光谱分析表明,在HPMA或PBTCA存在下,四种植物剂在1570-1614cm-1处的C=O双键峰值强度在pH 4.0淋洗后大幅降低,但在pH7.0和9.0下淋洗后升高(除了清香木与PBTCA复合),这可能是植物与辅助剂复合后在酸性条件下的重金属去除效率高于在中性和碱性条件下的原因。相反,在不同pH淋洗后,清香木与PBTCA复合的所有波峰强度都有不同程度的降低,这可能是清香木与PBTCA在酸性和碱性条件下均对金属去除效率高的原因之一。
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