《生物炭與土壤混合體系中重金屬運移與固定機制研究》是依託華中科技大學，由張世紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：生物炭與土壤混合體系中重金屬運移與固定機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張世紅
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤重金屬污染是世界各國面臨的一項重要課題，生物炭改性技術克服了其自身比表面積較低、化學活性不高等缺點，在重金屬污染土壤的修復中具有廣闊的套用前景。本項目提出“一體化”改性生物炭吸附固定土壤中重金屬的新思路，探索改性生物炭對重金屬賦存形態和運移過程的影響規律，研究改性生物炭理化特性對重金屬固定過程的作用機制，解析重金屬在土壤生物炭混合體系中傳質路徑，揭示生物炭與土壤構成的多相複雜體系中重金屬的運移與固定機制。在此基礎上結合理論模型和實驗驗證，最佳化工藝參數，建立生物炭土壤混合介質中重金屬運移模型，從而全面掌握生物炭對重金屬污染土壤修復機理，為生物炭治理與修復重金屬污染土壤的套用推廣提供重要的科學依據和理論基礎，對改善和提高污染土壤資源開發利用具有重要的現實意義。
結題摘要
本項目以農林廢棄物毛竹製得的生物炭和重金屬污染土壤為研究對象，深入研究不同環境條件下生物炭土壤混合介質中重金屬的遷移機理和固定機制等問題。主要包括以下幾方面內容：（1）生物質炭的添加對土壤理化性質的影響。通過生物質炭的吸水性實驗研究發現，生物質炭的加入對土壤的理化性質，特別是持水性有比較明顯的影響。實驗結果表明，加入生物質炭後，土壤的平衡含水率增加了約0.16%-2.52%。土壤-生物炭混合體系的有機質含量、C/N比、羥基官能團等得到了一定的提高，而體積密度、O含量、羧基官能團等有微小的下降。結論表明，通過施加生物質炭，土壤的理化性質（持水性、保肥性）得到了明顯的改善。（2）基於重金屬吸附實驗的高吸附性能改性生物質炭的優選。在最優製備條件下製得的改性毛竹生物炭，最大鎘離子吸附容量達到了238.71mg/g (單位質量吸附劑吸附重金屬鎘離子的質量)，是改性前毛竹生物炭最大吸附容量（23.24mg/g）的10倍，是椰殼商業活性炭最大吸附容量（58.18mg/g）的4倍。（3）基於模型理論的重金屬遷移機理及預報。建立生物炭土壤混合介質中重金屬耦合運移模型，準確地對重金屬的遷移進行預測。土壤顆粒對離子的親和力大小關係遵循以下規律：Na+＜Mg2+＜K+＜Ca2+＜Cd2+。表層土壤層較高的陽離子交換量和有機質含量對Cd2+的縱向遷移具有明顯的阻滯作用。模擬結果表明，當較低濃度（＜40 mg/L）的Cd2+進入後，只有表層土壤（0~0.4m）具有鎘離子污染的風險。（4）多相複雜體系中生物炭對重金屬固定機制研究。土壤中的重金屬Cd和Cu通過與生物炭及生物炭表面負載的磷基團發生靜電吸附、陽離子交換、沉澱、絡合及位點競爭等一系列複雜的反應，最終從植物可吸收的離子形態及不穩定的碳酸鹽結合形態轉化成較穩定的金屬螯合態以及非常穩定的矽酸鹽結合態，從而避免了被植物所吸收。通過土壤的-磷改性生物炭的長期培養實驗研究發現，生物炭對土壤重金屬的固定效果穩定，從而證明了磷改性生物質炭可以作為一種經濟高效穩定的土壤修復劑。
