土壤重金属污染修复中生物炭的应用（精品）.docx

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1、土壤重金属污染修复中生物炭的应用摘要：土壤重金属污染已严重威胁人类的健康及生态环境安全，钝化修复以其高效、快速、廉价的特点遭到了广泛的关注。生物炭biochar也称生物质炭，是指生物质在缺氧或无氧条件下热裂解得到的一类含炭的、稳定的、高度芳香化并含有大量酚羟基、羧基和羰基的固态物质，生物炭具备良好的吸附特性及稳定性，在钝化修复重金属污染方面具有较大的应用潜力。文章介绍了生物炭的理化性质以及近年来国内外有关生物炭修复重金属污染土壤的研究进展，最后对生物炭在治理土壤重金属污染方面提出了瞻望。关键词：生物炭；重金属；修复近年来，由于人口的不断增长、工业生产规模的不断扩大，导致了我国土壤重金属污染加剧

2、。目前，我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染耕地面积近2000万公顷，约占总耕地面积的1/51。农业部数据显示，我国每年因重金属污染而减产粮食1000多万吨，被重金属污染的粮食每年多达1200万吨2。重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可逆性和治理难且周期长等特点3。一方面，重金属污染会导致农作物减产，另一方面重金属污染物能够在土壤中长期累积，对土壤生态系统和地下水造成严重危害，而且能够通过植物体进入食物链，严重威胁人类健康。目前，治理土壤重金属污染的方法有物理、化学、生物修复等方法。添加土壤重金属钝化剂的原位修复方法因其可操作性强、施行成本低、可大面积推广等优点被广泛关注。生物炭是由生物质在完全或部

3、分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化固态物质，具有较大的比外表积和发达的孔隙率，外表含有大量的官能团和负电荷，对重金属离子有较强的吸附固定能力，并且能够改善土壤理化性质。是一种新型、绿色、经济、资源化的重金属钝化修复材料。本文综述了生物炭的制备方法和基本特性，结合国内外有关生物炭的研究进展对土壤中重金属钝化修复等方面进行了总结，为今后对生物炭修复重金属污染土壤的研究提供参考意义。最后提出生物炭吸附土壤中重金属的将来研究方向和生物炭在重金属污染土壤修复中的应用及前景。2生物炭的基本性质制备生物炭的原料多种多样，包括农林废弃物、城市污水处理厂污泥、动物排泄物等。根据反响温度、停留时间和加热

4、速率的不同可分为三种制备方法。表1列出了三种常见的制备方法。生物炭的性质与制备温度、时间、原材料等密切相关。2.1元素组成生物炭主要由C、H、O、N四种元素组成，C元素含量最高。这些元素是构成生物炭芳香型构造和烷基的主要成分。原料不同及热解温度都会对生物炭的元素组成和含量造成较大影响。对不同烧制温度下玉米秸秆生物炭的性质研究发现，随烧制温度升高，碳元素含量也不断升高，氧元素和氢元素含量下降。陈乐等发现随着热解温度的升高谷壳炭、秸秆炭、药渣炭N含量均逐步降低，相反生物炭的P含量随着热解温度的升高均逐步增加。2.2生物炭的外表官能团高浓度含氧官能团的存在被以为是生物炭对重金属吸附能力一个重要指标。

5、饶潇潇等制备的花生壳生物炭含有丰富的外表官能团，热解温度升高使羟基数量大幅减少，烃基逐步消失，芳香化程度加强。高凯芳等研究裂解温度对生物炭外表官能团的影响，发现烷烃基随裂解温度升高而缺失，甲基-CH3和亚甲基-CH2逐步消失，而芳香族化合物增加，芳香化程度加强。这些性质有利于提高生物炭对土壤中重金属的修复固定。3生物炭修复土壤重金属污染的效果3.1生物炭对土壤重金属有效态含量的影响在评价重金属污染土壤的环境质量时，我们常采用不同的提取剂对土壤中重金属的有效态进行提取，以反映土壤重金属的毒性和生物有效性。利用秸秆生物炭修复土壤中的Pb、Cd、Zn，将秸秆生物炭5%作为钝化材料添加到重金属污染的土

6、壤中，研究表明，秸秆生物炭处理的土壤TCLP提取态Pb、Cd、Zn分别降低了10.44%、19.79%、5.02%，有效降低了土壤重金属的毒性。孙慧等施用水稻秸秆生物炭能使土壤TCLP有效态Cd含量降低42.07%45.12%，与海泡石混合施用后降低幅度最高到达56.58%。3.2生物炭对土壤重金属形态的影响欧盟BCR连续提取法将土壤中重金属形态分为弱酸提取态、可复原态、可氧化态和残渣态。弱酸提取态容易被植物吸收，对作物危害较大；可复原态在氧化复原条件下稳定性差，对农作物存在潜在危害；可氧化态一般不易被植物吸收利用，当土壤氧化复原电位发生变化时，可使少部分重金属溶出；残渣态重金属很稳定，对土壤

7、重金属迁移和生物可利用性不大。利用水稻秸秆在500条件下制备生物炭，将其施入Pb、Cd重金属复合污染的土壤中培养30天。结果表明，当生物炭添加量为5%时，弱酸提取态、可复原态和可氧化态Pb含量明显降低，残渣态Pb含量显著增加。王哲等用玉米秸秆生物炭施入重金属污染的矿区土壤中，研究发现，添加生物炭后可显著降低土壤中酸可提取态Pb、Cu、Zn、Mn的含量，显著增加残渣形态。我国拥有丰富的废弃生物质资源，较常见的有稻壳、秸秆、甘蔗渣、畜禽粪便、木材加工剩余物、生活垃圾等，大量的生物质资源没有得到有效的利用。生物炭的添加在一定程度上能够降低土壤中重金属的移动性和生物有效性，但单一的生物炭对某些重金属污染物的吸附能力有限，不能对复合污染重金属污染到达预期的修复效果，在环境应用中遭到了一定的局限性。日后需要进一步研究复合生物炭材料或改性生物炭对多种不同类型重金属的吸附钝化效果。生物炭对土壤重金属污染的修复属于原位钝化修复技术，没有将重金属从土壤中分离开来，长时间以来，可能有重金属重新释放的危险。目前，关于磁化改性生物炭已经在水体中金属污染中展开了应用研究，到达了固液分离的目的。所以将来我们能够将磁性生物炭用于土壤重金属污染的修复治理工作中去，修复完成之后，利用磁铁将吸附重金属的生物炭从土壤中剥离。