改性海泡石对Cd污染修复效应及机理研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:thm99811
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近年来,随着城镇化工业化的快速发展,重金属Cd污染事件频发,Cd污染修复迫在眉睫,钝化修复法因其经济、简便、效果好而被广泛应用。海泡石是一种多孔硅酸镁粘土矿物,其价格低、来源广,但由于腔孔阻塞、比表面积受限等限制了其在重金属修复中的应用,因此加强对改性海泡石的研究十分必要。本研究旨在探究不同改性海泡石对Cd的吸附性能、修复效应及钝化作用机理,以期为Cd污染土壤修复提供理论依据。主要内容如下:(1)以海泡石(Sep)为原料,酸碱复合改性处理获得ABsep,借助BET、SEM-EDS、TEM、FTIR和XRD等技术分析了改性前后材料的结构特征,研究了时间、ABsep/Cd2+质量比、温度、吸附剂用量、pH及共存离子等因素对ABsep吸附Cd2+的影响。结果发现,ABsep孔隙发达,比表面积、平均孔径和孔容分别较改性前增加66.1%、15.7%和34.8%,可交换性离子含量增加,主要成分为SiO2和Mg(OH)2。改性前后海泡石对Cd2+吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型,且均为自发吸热反应,以化学吸附为主并伴有物理性吸附。ABsep/Cd2+质量比最佳为3:1。298 K时Sips拟合ABsep对Cd2+最大饱和吸附量为142.43 mg·g-1,为Sep的3.55倍/随着吸附剂投加量的增加,Cd2+吸附量先增大后减小,最佳用量为0.3 g·L-1。ABsep对Cd2+的吸附量随溶液初始pH的升高而增加,最佳pH为7;不同浓度K+、Na+、Mg2+和Ca2+的存在均会抑制Cd2+的吸附,其中Mg2+的抑制作用最强。(2)以ABsep为基体,NaOH和Fe(NO33·9H2O表面覆膜获得HyFe/ABsep。通过BET、SEM-EDS、TEM、FTIR、XRD和XPS等技术对其结构形貌进行表征。分析了HyFe/ABsep对溶液Cd的吸附性能和机制,探讨了HyFe/ABsep对土壤中Cd的修复效应和机理。研究发现,羟基铁成功负载,改性后HyFe/ABsep表面粗糙多孔,盐溶性离子含量增加,表面负载的铁物种主要由FeOOH组成。HyFe/ABsep吸附Cd2+的过程分别符合准二级动力学和Redlich-Peterson模型,吸附速率控制步骤为化学过程,在298 K时,HyFe/ABsep的理论最大吸附容量为220.9 mg·g-1。HyFe/ABsep对土壤有效Cd的钝化作用优于Sep,其钝化机理包括沉淀,离子交换和活性硅烷醇基团的络合作用。(3)以ABsep为基体,SDBS有机改性制备了SDBS/ABsep,借助BET、SEM-EDS、TEM、FTIR、XRD和XPS等方法探讨了改性前后材料的形貌结构及吸附机制,静态吸附实验比较了改性前后海泡石对溶液Cd2+吸附性能,土培试验分析了SDBS/ABsep对土壤Cd的修复效应及机理。研究发现:SDBS/ABsep的表面更粗糙,形态更加松散,比表面积增加,SDBS覆盖在ABsep表面没有改变其晶体结构。静态吸附试验中,当初始pH=5.5,吸附剂投加量为1 g·L-1时,SDBS/ABsep对Cd2+的饱和吸附量可达68.86 mg·g-1,为Sep吸附量的4.28倍。SDBS/ABsep对Cd2+的吸附过程符合准二级反应动力学,吸附等温数据符合Langmuir及Redlich-Paterson方程,为自发进行的吸热反应。施加SDBS/ABsep后,土壤pH、电导率均增加,有效态Cd含量降低,土壤Cd由酸提取态和可还原态向残渣态转化,SDBS/ABsep对土壤Cd的钝化效果优于Sep,其钝化机制包括磺酸基和羟基与Cd2+络合及阳离子交换。
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