納米羥基磷灰石對(duì)重金屬銅和鉛污染土壤的修復(fù)研究.pdf

1、本文通過(guò)室內(nèi)模擬和田間原位試驗(yàn)，研究了納米羥基磷灰石(nano-HAP)對(duì)重金屬Cu2+和Pb2+污染的修復(fù)效果。首先研究了nano-HAP對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附動(dòng)力學(xué)，比較Cu2+和Pb2+吸附行為的不同，探討Cu2+和Pb2+共存時(shí)在nano-HAP表面的競(jìng)爭(zhēng)吸附機(jī)制；然后比較了不同因子對(duì)Cu2+和Pb2+在nano-HAP上吸附效果的影響，進(jìn)一步驗(yàn)證nano-HAP對(duì)重金屬Pb2+和Cu2+的吸附機(jī)理的差異；最后對(duì)不同粒徑HA

2、P進(jìn)行田間示范，以黑麥草作為指示生物，比較施用不同粒徑HAP后上壤pH和各形態(tài)Cu含量隨著時(shí)間的變化規(guī)律，及黑麥草生物量和黑麥草Cu吸收量的變化，主要對(duì)相較于其他粒徑的HAP，nano-HAP對(duì)土壤中Cu污染的修復(fù)效果如何，不同粒徑HAP修復(fù)機(jī)理的差異等進(jìn)行初步探討，為不同粒徑HAP對(duì)土壤和水環(huán)境重金屬污染治理中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　 主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下：
　　 1.通過(guò)吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究了Pb2+和Cu2+

3、在nano-HAP上的競(jìng)爭(zhēng)吸附過(guò)程，比較吸附反應(yīng)后nano-HAP的Zeta電位以及X射線衍射圖譜等，對(duì)Pb2+和Cu2+在nano-HAP上的競(jìng)爭(zhēng)吸附機(jī)理進(jìn)行探討。結(jié)果表明，單一Pb2+、Cu2+存在時(shí)，Pb2+較Cu2+在nano-HAP上的吸附量要高；當(dāng)Pb2+、Cu2+共存時(shí)，Pb2+和Cu2+在nano-HAP表面發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，Cu2+的吸附量增加，Pb2+的吸附量下降。結(jié)合X射線衍射圖譜和動(dòng)力學(xué)反應(yīng)中Ca2+的溶出量，推測(cè)出

4、Cu2+在Nano-HAP上的吸附以靜電吸附和表面絡(luò)合為主，而Pb2+在nano-HAP上的吸附以溶解-沉淀反應(yīng)為主，Pb2+、Cu2+在nano-HAP上的吸附量與Ca2+的溶出量線性關(guān)系顯著(R2為0.861～0.954)。分別用一級(jí)、二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、拋物線方程、Elovich方程、雙常數(shù)方程和LJ方程對(duì)Pb2+和Cu2+在nano-HAP上的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了擬合，其中二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和雙常數(shù)方程擬合結(jié)果較好，說(shuō)明Pb2+和Cu2

5、+在nano-HAP表面的動(dòng)力學(xué)吸附反應(yīng)是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)和物理吸附均占一定比例的復(fù)雜吸附過(guò)程。
　　 2.通過(guò)比較環(huán)境因子的改變對(duì)Cu2+和Pb2+在nano-HAP上的吸附影響的研究發(fā)現(xiàn)：控制反應(yīng)體系的pH值分別為3、4、5，nano-HAP對(duì)Pb2+和Cu2+的吸附量都在pH值為5時(shí)最大。Na+和Ca2+離子強(qiáng)度對(duì)Cu2+和Pb2+在nano-HAP上的吸附影響不同。Cu2+濃度較低時(shí)，Na+離子強(qiáng)度的變化對(duì)Cu2+在nano

6、-HAP上的吸附量影響較??；Cu2+較高時(shí)，Na+離子強(qiáng)度高(0.1mol·L-1)促進(jìn)了Cu2+在nano-HAP上的吸附。Pb2+在nano-HAP上的吸附量大小順序隨Na+離子強(qiáng)度變化的順序?yàn)?.01mol·L-1>0.1mol·L-1>0.001mol·L-1。隨著Ca2+離子強(qiáng)度的增加，nano-HAP對(duì)Pb2+的飽和吸附量逐漸下降，對(duì)Cu2+的飽和吸附量影響較小。Cu2+濃度較低時(shí)，不同粒徑HAP對(duì)Cu2+的吸附量大小順序是

7、：nano-HAP>micro-HAP>AP，隨著Cu2+初始濃度升高micro-HAP對(duì)Cu2+吸附量明顯上升，甚至高于nano-HAP對(duì)Cu2+的吸附量。不同粒徑HAP對(duì)Pb2+的吸附量大小順序是：micro-HAP>nano-HAP>AP。nano-HAP對(duì)Cu2+的飽和吸附量為35.8mg·g-1，對(duì)Pb2+的飽和吸附量為469.5mg·g-1。Pb2+和Cu2+共存時(shí)，分別抑制了對(duì)方的吸附。
　　 3.以黑麥草(Lol

8、iumperenneL.)為指示植物，通過(guò)田間小區(qū)實(shí)驗(yàn)，研究不同粒徑HAP對(duì)重金屬Cu污染上壤的田間原位修復(fù)。不同粒徑HAP施用比例分別為：0.58％納米羥基磷灰石(N-HAP)、1.16％納米羥基磷灰石(N-HAP)、1.16％微米羥基磷灰石(M-HAP)和1.16％普通粒徑磷灰石(AP)。結(jié)果表明：HAP提高了土壤pH值，并顯著降低了土壤中TCLP(毒性特性溶出程序)有效態(tài)Cu含量，促進(jìn)了上壤中Cu從生物可利用性高的形態(tài)向遲效態(tài)轉(zhuǎn)化

9、，降低Cu對(duì)土壤和環(huán)境的直接毒害作用，促進(jìn)黑麥草的生長(zhǎng)。以黑麥草生物量和Cu富集量的增加作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同粒徑HAP修復(fù)Cu污染土壤的效果依次為：1.16％M-HAP>1.16％N-HAP>1.16％AP>0.58％N-HAP。施用1.16％M-HAP處理顯著增加了黑麥草生物量，M-HAP解析出大量的P，為黑麥草生長(zhǎng)提供了肥料，促進(jìn)了黑麥草生長(zhǎng)。1.16％M-HAP處理中黑麥草Cu富集量為4722mg。不同生長(zhǎng)期黑麥草對(duì)Cu吸收量有差異