【摘 要】
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随着工业化和城市化进程的加快,我国水体与土壤重金属超标问题日益凸显,人类社会正遭受严重的健康挑战。由于生物炭具有原料广泛、加工简易、环境友好、表面性能优良（大比表面、多孔结构与丰富的官能团）等优点,其在环境污染修复方面表现出极大的潜力。我国作为食用菌生产大国,每年可产生大量菌糠废弃物,这些废弃物被随意堆积,不仅造成生物质资源的极大浪费,同时加剧了环境污染。因此,为了实现对菌糠废弃物的资源化利用以及
【基金项目】
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山西省国际科技合作项目（201703D421001）； 山西省自然科学基金项目（201901D111216）； 山西省高校黄土高原食用菌提质增效协同创新中心平台项目； 山西省煤基重大科技攻关项目（FT2014-03）； 山西省重点研发计划（重点）项
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随着工业化和城市化进程的加快,我国水体与土壤重金属超标问题日益凸显,人类社会正遭受严重的健康挑战。由于生物炭具有原料广泛、加工简易、环境友好、表面性能优良（大比表面、多孔结构与丰富的官能团）等优点,其在环境污染修复方面表现出极大的潜力。我国作为食用菌生产大国,每年可产生大量菌糠废弃物,这些废弃物被随意堆积,不仅造成生物质资源的极大浪费,同时加剧了环境污染。因此,为了实现对菌糠废弃物的资源化利用以及重金属污染环境的修复,本研究选用来源丰富的灵芝、平菇与绣球菌糠作为生物质原料,在500℃限氧热解条件下制备三种生物炭（GSBC、PSBC与SCBC）,并使用元素分析、BET、SEM-EDS、XRD、FTIR等现代化技术手段对菌糠生物炭（MSBC）进行表征;通过批量吸附、机制定性和定量分析试验,研究了不同MSBC对水体Pb2+/Cd2+的吸附特性和吸附机理;此外,选取山西褐土与湖南水稻土两种Pb、Cd污染土壤作为试验对象,通过盆栽试验研究添加不同MSBC对两种土壤中Pb、Cd形态以及甜菜吸收的影响,并对其修复效果进行评估。主要研究结果如下:（1）500℃炭化热解制备的不同MSBC表面具有丰富的官能团与良好的介孔结构,且生物炭表面均带有大量的负电荷,芳香化程度较高。在GSBC、PSBC与SCBC中,GSBC拥有的大比表面积与良好的介孔结构可以为Pb2+/Cd2+的吸附提供更多的结合位点。（2）三种菌糠生物炭对水体中Pb2+/Cd2+的总体去除效果为:GSBC>PSBC>SCBC,且吸附能力依赖于溶液p H。准二阶动力模型与Freundlich模型适用于描述MSBC对Pb2+/Cd2+的吸附过程,说明Pb2+/Cd2+的吸附主要是发生在多分子层上的化学吸附。由Langmuir模型计算出的GSBC对Pb2+/Cd2+的最大吸附量分别达到了246.33与68.70mg·g-1,其吸附能力高于大多数吸附材料。定性与定量分析结果表明,不同MSBC吸附Pb2+/Cd2+的主要机制为碳酸盐的沉淀作用,同时还伴随着含氧官能团的络合以及π-M2+间相互作用的贡献。（3）在Pb、Cd复合污染的山西褐土与湖南水稻土中,三种MSBC施用后,土壤p H、有机质以及速效N、P、K含量显著升高,土壤酶活性显著增强;施入不同MSBC可以促进土壤中的Pb、Cd由弱酸可提取态与可还原态向可氧化态与残渣态转化,降低Pb、Cd的生物有效性。其中,GSBC对Pb、Cd的钝化效果最佳,与CK对比,山西褐土与湖南水稻土中弱酸可提取态Pb含量分别降低了53.16%与51.55%,弱酸可提取态Cd的含量则分别降低了56.25%与62.39%。此外,三种MSBC均可促进甜菜的生长,减少甜菜各部位对Pb、Cd的吸收,对缓解Pb、Cd的胁迫作用具有较好效果。综上所述,三种MSBC对于水体中Pb、Cd的去除以及两种污染土壤的修复与改良均具有较好的效果,且在这三种生物炭中,GSBC的应用与修复潜力最大。
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