针铁矿-富里酸复合材料的制备及对污染土壤中铅镉的钝化性能研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:linda456
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铁氧化物和腐殖质均为土壤中重要的组成成分,二者相互作用形成的复合物对土壤中重金属的迁移转化起着重要作用。本文采用共沉淀法制备了针铁矿-富里酸复合材料(Ge-FA),考察了Ge-FA对Pb2+和Cd2+的吸附性能及机理。以铅镉复合污染土壤为研究对象,通过分析施用复合材料前后土壤中铅镉的形态分布,评价了不同投加量和钝化时间系列复合材料对土壤中铅镉的钝化性能。(1)通过XRD、FTIR、SEM-EDS和比表面积等多种表征及稳定性测试,研究了FA的质量比对Ge-FA结构和性质的影响。结果表明FA质量比对Ge-FA的性质有较大影响。当FA<4%时,Ge-FA的XRD衍射峰与针铁矿非常相似,增加FA比例(FA>5%)针铁矿衍射峰强度逐渐降低,并逐步出现赤铁矿衍射峰,在FA=15%时复合材料结晶度较差。随着FA比例的增加,Fe-O的结合方式受到干扰,引入了羧酸等活性基团,且样品形态从丝状逐渐变为块状,并出现团聚体,降低了复合材料的中孔孔体积及孔径。不同pH值溶液浸出实验表明Ge-FA较针铁矿更加稳定。(2)Ge-FA对Pb2+和Cd2+的等温吸附、吸附动力学、pH值及铅镉共存影响实验表明:Pb2+和Cd2+在Ge-FA上的吸附符合Langmuir模型(R2>0.99),最大理论吸附量分别为161.29 mg/g和78.25 mg/g;准二级动力学方程可以更好的反映Ge-FA对Pb2+和Cd2+的吸附动力学规律,吸附速率主要由化学吸附控制;在铅镉共存体系中Pb2+的存在降低了复合材料对Cd2+的吸附,但是Cd2+的存在一定程度上可以促进复合材料对Pb2+的吸附;Ge-FA对Pb2+和Cd2+的吸附主要是表面络合和静电引力作用,参与络合反应主要为-COO-和Fe-O等。(3)模拟污染土壤中铅镉的可交换态含量随着Ge-FA的投加量增加而迅速降低,当投加量为5.0%时,铅镉的可交换态含量分别降至24.412.84 mg/kg和5.223.49 mg/kg,降低了42.42%93.64%和15.84%43.67%。(4)四种FA质量比(0%、1%、5%和10%)的复合材料对土壤中Pb和Cd均有一定的钝化效果,土壤Pb的钝化率(IE)随钝化时间的延长而提高,在45d后钝化率基本稳定,而土壤中Cd的钝化率受时间的影响较小。60 d后,模拟污染土壤中Pb的钝化率分别稳定在20.94%、31.30%、56.37%和77.35%,而Cd的钝化率分别稳定在3.35%、11.63%、32.27%和57.28%;实际污染土壤中Pb的钝化率分别为8.86%、3.39%、20.30%和56.73%,Cd的钝化率则为11.58%、7.25%、29.36%和71.81%。形态分析表明,Ge-FA的添加,铅镉形态变化有所不同,Ge-FA主要降低土壤可交换态以及碳酸盐态Pb含量,增加残渣态Pb含量;而对土壤中Cd主要降低其可交换态含量,显著增加铁锰氧化态含量。(5)Ge-FA施加60 d后,土壤pH略有增加,土壤CEC、速效钾及铵态氮含量随着FA比例的增加而增加。有效磷含量变化范围为-54.62%3.69%,铵态氮含量变化幅度为-15.66%48.12%,速效钾含量却显著增加了2.95%462.17%,说明Ge-FA在钝化铅镉的同时,可在一定程度上提高土壤的营养元素含量。
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