一种双功能吸附材料生物炭同时修复土壤中重金属与有机物复合污染的研究

土壤污染往往是多种重金属和有机物并存的复合污染。钝化修复技术是基于向污染土壤中添加活性物质，通过对污染物的吸附、络合、沉淀或氧化还原作用，以降低污染物的生物可利用性，从而达到修复污染土壤的目的。与单一污染相比，重金属与有机物复合污染土壤的钝化修复具有挑战性，寻找一种对二者具有双重稳定化效应的活性材料是本技术的关键。我们近期的研究表明：基于某固体废弃物衍生的生物炭能同时有效地吸附水中重金属和有机污染物。本项目拟用该种生物炭处理重金属与有机物复合污染土壤，通过开展土壤培育、化学提取、生物可利用性等实验，探讨此生物炭同时钝化修复重金属和有机物复合污染土壤的可行性；借助XRD、FTIR、SEM、TEM等仪器手段和Visual MINTEQ化学形态模型，揭示生物炭诱导重金属与有机物复合污染的稳定化机理；为复合污染土壤的修复开辟新的途径并提供理论基础。

本项目选取具有代表性的六大类废弃生物质共20种样品，在限氧加热条件下将其转化为生物炭。结果表明：不同生物质源制备的生物炭主要成分是C且以芳香C为主，随着制备温度的升高，烷基C及 氧烷基C逐渐消失，而芳香C逐渐增大；不同生物质源制备的生物炭中无序炭与石墨烯结构组分相似，但随着温度的升高，晶型石墨烯结构组分逐渐增大；生物炭特别是食品废物类中除富含C外还含有丰富的矿物质。通过主成分和聚类分析，发现同一类生物质产生的生物炭含有相似的矿物质组成，建立了生物质源与生物炭的源-效关系。采用统计学中变异系数的原理，定量化比较分析了制备温度和原材料性质对生物炭的构-效影响。生物炭对重金属有很强的吸附能力，主要是由于重金属与其中的矿物成分发生沉淀作用。生物炭对土壤中重金属Pb与农药阿杜拉津具有双重稳定化修复作用，Pb的稳定化是由于与生物炭中P发生磷酸盐沉淀，而对阿杜拉晶的稳定是由于被吸收在生物炭有机相中。本项目的研究结果为生物炭作为一种新型的环境修复功能材料提供了科学依据。.在项目研究期间，共发表标注本项目编号的学术论文13篇，其中9篇SCI，1篇EI，3篇中文。申请专利2项。参加国内外学术会议18次，其中国际会议7次，大会报告3次，邀请国内外专家报告3次，出国合作研究2人次。培养硕士生毕业4名，其中2名硕士生继续攻博。项目负责人担任国际SCI期刊《Chemosphere》(IF=3.22) 编辑，SCI期刊《Science of the Total Environment》(IF=3.29)、《Environmental Science and Pollution Research》(IF=2.65)编委。