铁基材料钝化土壤砷过程中锰溶出及其机理初探

来源 :广西大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuan002003
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砷(As)作为典型的土壤类金属污染物,对自然生态环境和人体健康都有潜在的威胁。钝化修复技术是目前农田As污染修复的主要方法,其中铁基材料是主要是常用的钝化材料。但是,研究发现采用不同的铁基材料钝化修复农田土壤中砷时会发生锰溶出的现象,虽然锰是农作物必需的微量元素之一,但是,过量的锰将对农作物产生毒害,因此,研究铁基材料对农田土壤砷的钝化作用及锰溶出的机制十分必要。本研究以砷污染的水稻土为研究对象,以黄腐酸铁(HFS)和水铁矿(STK)等铁基材料为As的钝化材料,通过室内土培实验,采用常规化学分析方法,考察了铁基材料对土壤中p H值、有效态As、有效态Fe和有效态Mn的影响辅以XRD、FT-IR和XPS进行深入分析,研究土壤中Mn的物相变化以及价态的变化,初步探讨了添加铁基材料钝化As过程中Mn溶出的机理。主要研究结果如下:(1)两种铁基材料(STK和HFS)均显著降低了土壤有效态As的含量。在45d时钝化效果最为明显,其中添加HFS的处理,有效态As含量降低了40%,从原来的1.81 mg·kg-1降低至1.06 mg·kg-1,添加STK使有效态As降低了20%,从原来的1.81 mg·kg-1降低至1.46 mg·kg-1。(2)两种铁基材料均提高了土壤有效态Mn的含量。其中添加了HFS的处理土壤有效态Mn的含量大幅增加,而STK的处理有效态Mn增加不明显。其中,在45d时,HFS处理组的有效态Mn最高,从原来的1.43 mg·kg-1增加至125.3 mg·kg-1,比CK增加了86倍;而STK的处理则从原来的1.43mg·kg-1增加至2.37 mg·kg-1,增加了64%。(3)土壤p H值的降低是导致有效态Mn溶出的关键因素,实验结果显示在酸性条件下,添加3%HFS的有效态Mn比CK组最高提高了1.4倍。根据XRD和XPS图谱分析可知,添加了铁基材料后,HFS处理组的土壤中Mn(II)和Mn(III)的含量增加,造成这种现象的原因主要是以下几点:1、p H值的降低。2、HFS中的胡敏酸-铁复合物(HA-Fe)、富里酸-铁复合物(FA-Fe)中的Fe离子与土壤中锰砷结合物(Mn-As)矿物结构和As(III)发生氧化还原反应和晶格置换反应,释放出游离态的Fe离子,从而破坏了原有的土壤中游离的铁锰结合物(Fe-Mn)之间的动态平衡体系,使得原土中稳定的Mn离子转变为有效态Mn,从而造成Mn的溶出。
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