生物质活性炭在污染土壤修复中的应用及稳定性研究进展

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 生物质活性炭在污染土壤修复中的 应用及稳定性研究进展 摘要：指出了生物质活性炭具有 较大的比表面积、丰富的孔隙结构、好 的持水性和较强的吸附性，在土壤污染 修复中得到广泛的应用，但其作为重金 属污染土壤钝化修复的理想钝化剂，施 入到土壤中是否具有较高的稳定性，是 其推广应用的前提。因此生物质活性炭 的稳定性成为土壤学和环境科学领域研 究的热点。综述了生物质活性炭在土壤 重金属污染修复中的应用，总结了生物 质活性炭在土壤中稳定性的研究现状， 以期为生物质活性炭在环境污染修复尤 其土壤重金属污染修复中的应用提供参 考。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中国论文网 /7/view-12990365.htm 关键词：生物质活性炭；土壤； 重金属；稳定性 中图分类号：X712 文献标识码：A 文章编号： 1674-9944（2017）14-0088-03 1 引言 我国人口不断增加，经济迅速发 展，人类赖以生存的土地资源受到越来 越严重的污染13 。尤其重金属污染 已成为我国污染面积广、危害大的环境 问题之一4 ，5 。另外，我国集约化养 殖规模不断扩大，含 Zn、As、Cu 较 高的部分畜禽粪便施入土壤，再加上重 金属难以降解，因此，重金属在土壤中 出现了较明显的累积现象6。由此可见， 目前我国土壤重金属污染已比较严重， 且低、中浓度重金属污染土壤面积所占 比例较大，日益加剧的污染趋势可能还 要持续很多年。重金属污染土壤的修复 方法较多，均有各自的优缺点。在众多 的修复方法中，原位钝化技术修复重金 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 属污染土壤是一种较经济、实用的技术 7，它适合中、低浓度重金属污染土壤 的修复和同时由两种及以上重金属复合 污染土壤的修复，原位钝化技术，通过 向土壤中施加钝化剂，能够在一定的时 间内降低土壤重金属浓度，减少重金属 向植物中的迁移，因此，此技术在将来 土壤重金属污染修复，尤其是由于农业 活动引起的低、中浓度农田重金属污染 的修复中具有广泛的应用前景。 原位钝化技术修复重金属污染土 壤时，需要一种性能优良的钝化材料。 生物质活性炭是由生物质在高温缺氧条 件下裂解生成的，其表面含有-COOH 等酸性含氧官能团8，具有较大的比表 面积9，对重金属具有较强的吸附能力， 有众多研究者将生物质活性炭应用于重 金属污染土壤的原位修复中10。但生 物质活性炭钝化重金属后是否因自身的 氧化或降解而将重金属释放出来，造成 二次污染，是生物质活性炭修复重金属 污染土壤的关键。笔者综述了生物质活 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 性炭在土壤污染修复中的应用，总结了 其在土壤中降解和氧化影响其稳定性的 研究现状，以期为生物质活性炭在土壤 污染修复中的应用提供依据。 2 生物质活性炭在重金偻寥牢 廴拘薷粗械挠 生物质活性炭，由于具有巨大的 比表面积，表面含有丰富的活性官能团， 带有大量负电荷，对重金属有较强的吸 附能力，可以被用作长效土壤改良剂 11。研究表明，其可降低 Cd、Cu、Pb 和 Zn 等重金属有效态含量， 减少重金属向植物中的迁移1214。 另外，土壤中添加零价铁改性秸秆生物 质炭，对土壤中 Cr（VI）和总 Cr 的固 定率分别达到 100%和 91.4%15；生物 质活性炭添加到土壤中，能够增加土壤 的空隙度，提高土壤的持水性和土壤阳 离子交换容量，改良了土壤性质，提高 了土壤养分，提高土壤微生物功能多样 性16， 17。因此，生物质活性炭应用 于钝化修复重金属污染的土壤具有广泛 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 的应用前景。 3 生物质活性炭钝化壤中重金属 的机制 研究表明不同的重金属离子在生 物质活性炭上的吸附机制十分复杂，主 要为静电吸附、表面络合反应和表面沉 淀等多种机制12，17 ，且生物质活性 炭的特性（制备温度、比表面积、表面 官能团含量） 、溶液的性质（离子强度、 温度、pH） 、重金属离子的特性等可影 响生物质活性炭对重金属的吸附能力和 吸附稳定性。综合已有研究，生物质活 性炭对土壤中重金属离子的作用机制主 要有以下几个方面。 （1）表面吸附作用。生物质活 性炭具有发达的空隙和巨大的比表面积 18，为重金属离子提供了存在的空间， 土壤中重金属离子较易迁移到其表面， 降低土壤中重金属离子的生物可利用性； 同时，生物质活性炭为微生物附着和生 长提供了良好的环境，能够充分发挥微 生物对污染物的分解作用，修复污染土 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 壤19。 （2）化学沉淀反应。生物质活 性炭的主要组成成分是灰分和有机碳， 其中灰分中含有的 P03-4、CO2-3 等可 溶性盐离子能够和土壤中的重金属离子 反应生成沉淀，从而将污染物固化；生 物质活性炭含有的 CO2-3 和表面含氧官 能团都显碱性，对土壤的 pH 有一定的 缓冲能力，可以提高其 pH 值，使其中 某些交换性或可溶性重金属含量降低 20。 （3）络合反应。生物质活性炭 表面含有丰富的-COOH、-OH 和-CHO 等含氧官能团21 ，这些官能团不仅能 够氧化土壤中有机污染物和病原微生物， 还能与重金属离子发生络合反应，生成 络合物，提高生物质活性炭的吸附能力 22。 （4）静电吸附作用。由于表面 活性基团的存在，生物质活性炭表面带 有负电荷23 ，因而具有较高的阳离子 交换能力，生物质活性炭通过静电吸附 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 作用而降低土壤中重金属离子的活性。 4 生物质活性炭的稳定性研究 土壤生物质活性炭的稳定性众说 纷纭。有研究认为外加的生物质活性炭 由于具有高度的芳香结构24，在土壤 中具有高度的化学和生物学稳性，非常 耐降解。然而，生物质活性炭在环境中 存留的持久性并不意味着其在土壤环境 中保持不变25，26 ，有研究认为黑碳 降解的时间尺度约为数千年27，也有 研究表明黑碳降解时间尺度可短至数十 年28，但已有研究 29表明生物质活 性炭进入土壤后，其元素组成和表面化 学性质可能发生较大的变化，这些变化 都可能影响生物质活性炭对重金属的钝 化稳定性。随着土壤条件的变化和时间 的推移，土壤中生物质活性炭有氧化和 降解的可能性，生物质活性炭作为土壤 重金属的钝化剂，其本身的化学稳定性 和生物稳定性决定了其对重金属钝化的 稳定性，也关系到其吸附钝化后的重金 属能否重新释放到土壤中，是探讨生物 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 质活性炭环境风险的理论依据。 5 展望 生物质活性炭应用于钝化修复重 金属污染土壤的研究刚刚起步，有研究 表明生物质活性炭已应