研究探讨 Research
曹 璟 杨国丽 马立山
(河北建筑工程学院， 河北 张家口 075000)
中图分类号：G322 文献标识码：A 文章编号1007-6344（2020）04-0304-01
摘要：为研究生物炭对沉积物释放重金属Cu 的影响，以芦苇为原材料制备生物炭，同时以FeCl3、AlCl3、MgCl2为活化剂制备改性生物炭，通过开展原位覆盖模拟实验，测定上覆水中的Cu 浓度，既而得到重金属Cu 的累积释放通量。结果表明，经AlCl3改性后得到的改性生物炭能有效控制沉积物向上覆水中释放重金属Cu ，与对照组相比，Cu 的累积释放通量降低了159.54%，说明AlCl3改性生物炭具有应用到污染底泥修复的潜力。 新型玉米脱粒机关键词：生物炭；表征；沉积物；原位修复
沉积物作为水生生态系统的重要组成部分，富含氮、磷、重金属等污染物，是湖泊等水生系统中氮磷的重要释放源，同时也是重要的内源污染源，影响上覆水的水体环境，加速水体污染[1]
。生物炭是生物质原料在缺氧条件下，高温裂解制备得到的结构相对稳定、高度芳香化的多孔含碳物质[2-3]，通常热解温度控制在400～700℃。生物质炭作为一种多孔隙、高比表面积的强吸附性材料，可以有效的应用到水体沉积物原位覆盖修复技术当中。本研究以芦苇为原材料制备不同改性生物炭，通过原位覆盖模拟实验，探究不同改性生物炭对沉积物中重金属Cu 的释放的影响，以期为生物炭作为污染沉积物原位修复材料提供参考。音箱布
1 材料与方法
1.1生物炭制备
实验所用芦苇采自云南省洱海湖滨湿地，将芦苇杆洗净烘干后放入真空管式电阻炉中进行热解，设置温度以5℃/min 的速率升温至600℃恒持2h，待温度降为室温后取出，热解期间以0.5L/min 的流速通入氮气来达到隔绝氧气的效果。将热解完成的生物炭小心破碎后过100目筛，装入密封袋中备用。此过程制备的生物炭为未改性生物炭，记为BC。另取若干个500mL 锥形瓶，称取20g 芦苇段置于锥形瓶中，分别以质量比为0.005mol/g 生物质的比例加入FeCl 3∙6H 2O、AlCl 3、MgCl 2∙6H 2O 后，加入200mL 去离子水，在25℃、150rpm 条件下震荡24h 后，放入烘箱干燥至恒重。恒重后进行热解，热解过程与BC 一致，最终得到的分别为Fe-BC、Al-BC、Mg-BC。 1.2实验设计
实验反应器为若干个圆形有机玻璃柱(Φ61mm*H60cm)，沉积物采自嘉兴市，将采集的底泥混合均匀
后分别放入若干个玻璃柱中，底泥层高为20cm。将BC、Fe-BC、Al-BC、Mg-BC 均匀撒入玻璃柱中，厚度为1cm，采用虹吸的方式将过滤后的原位表层水缓慢注入到柱子里，上覆水深30cm，记录加水时间，此时取25ml 作为第0天的样品，并且测得上覆水的PH。之后每隔一天在相同时间取25ml 水样后再加入同体积的原位表层水并测得pH。取样后用0.45um 的滤膜过滤后，测定重金属Cu 含量，实验周期为26天。设置一个对照组，不加覆盖材料，其他实验条件相同。每个实验重复3次。
沉积物中各指标的累积释放通量计算公式为：存档文件
t
A C V c c V W n
i i i n i ×+-=
å=1
0)(
式中，W i 为第i 天沉积物释放的污染物的累计释放通量(mg/kg·d)；V-反应装置中剩余水样的体积(L)；C 0-初始营养物的浓度(mg/L)；V i -每次采样量(L)；c n 、c i 为第n 次和第i 次c 采样时污染物浓度的量；沉积物或者覆盖土层与上覆水接触的表面积；t-实验时间。
1.3分析测试方法
防雨罩所测指标重金属含量采用王水微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法(ICE-OES)测得。
2 结果与分析
结合实验数据分析研究了覆盖材料对沉积物释放重金属Cu 的影响。如图所示，未加入覆盖材料的对照组上覆水中重金属Cu 浓度在呈现波浪形变化的趋势，最终Cu 浓度为1.45ug/L。BC、Mg-BC 处理组中Cu 浓度的变化为脉冲型波动，且浓度变化波动频率较大，实验结束时Cu 浓度分别在1.08、0.67ug/L。Fe-BC 和Al-BC 处理组中Cu 浓度的变化波动不明显，其中Fe-BC 处理组中Cu 的含量很高，实验
煤仓疏松机
结束时Cu 含量达到32.06ug/L；Al-BC 处理组中Cu 浓度呈下降趋势，实验结束时浓度降至
0.48ug/L。
加香
图1 重金属Cu 浓度和累积释放通量随时间变化
实验结束时对照组中上覆水Cu 的释放通量为10.48ug/m 2·d，BC、Fe-BC、Mg-BC、Al-BC 处理组的释放通量分别为5.61、505.6、-1.34、-2.90ug/m 2·d，其中Mg-BC、Al-BC 的累积释放通量为负值，
即沉积物的释放量为负值，说明是此时生物炭不仅抑制沉积物释放还会吸附已经释放的Cu。BC、Mg-BC、Al-BC 处理组的释放通量分别降低46.40%、112.78%、127.64%。由此可见，覆盖材料对沉积物Cu 释放的抑制效果从强至弱排序为：Al-BC>Mg-BC>BC。
综合实验表明，Al-BC、Mg-BC、BC 对沉积物释放重金属Cu 均有明显的抑制效果，生物炭吸附Cu 主要是通过与生物炭表面的吸附位点和活性基团结合，同时还会通过沉淀反应或者络合反应来达到吸附重金属Cu 的效果。上覆水中pH 会影响生物炭对重金属Cu 的吸附效果，溶液pH>pH pzc 时，生物炭表面带负电荷，溶液中有大量的OH -，OH -与生物炭表面的H +
结合，从而增加重金属离子与生物炭结合的机会，通过静电吸附作用吸附Cu 2+
；同时溶液中OH -含量增加时，Cu 2+
会与其结合产生[Cu(OH)]+络合物，甚至会有Cu(OH)2沉淀产生[4-5]，减小重金属离子的自由度，从而进一步增加生物炭对沉积物释放Cu 的抑制效果。
3 结论
原位覆盖模拟实验中，覆盖材料对沉积物Cu 释放的抑制效果从强至弱排序为：Al-BC>Mg-BC>BC，因此Al-BC 处理组对重金属Cu 的吸附效果都比较明显，实验结束时，重金属Cu 的累积释放通量较对
照组降低了159.54%，表示Al-BC 处理组可以显著抑制沉积物向上覆水释放重金属Cu。
参考文献
[1]方明，吴友军，刘红，等.长江口沉积物重金属的分布、来源及潜在生态风险评价[J].环境科学学报,2013,33(02):563-569.
[2]Christoph M üller, Claudia Kammann, Tim J. Clough,et al. A Review of Biochar and Soil Nitrogen Dynamics[J]. Agronomy,2013,3(2).
[3]Beesley L, Eduardo Moreno-Jim énez, Gomez-Eyles J L, et al. A review of biochars ’ potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils[J]. Environmental pollution,2011,159(12):3269-3282.
[4]贾明云，王芳，卞永荣，等.秸秆生物质炭吸附溶液中Cu 2+的影响因素研究[J].土壤,2014,46(3):489-497.
[5]陆嫚嫚，马洁晨，张学胜，等.MnOx 负载生物质炭对Cu 2+、Zn 2+的吸附机理研究[J].农业环境科学学报,2018, 037(010):2297-2303.
基金项目：河北建筑工程学院研究生创新基金项目（XB201826）。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议