[00318993]以中药渣生物炭为基质的组合钝化剂对污染土壤Cu、Cd的阻控机制

一、成果简介

以固废为原料制备功能性钝化剂并研究其阻控机制，是恢复Cu、Cd复合污染土壤生产和生态服务功能亟需解决的重要科学问题。本项目拟以具有调节土壤肥力功能的板蓝根单方中药渣生物炭为基质，并与具有硅氧四面体结构、对重金属钝化阻控能力强的麦饭石复配，制备新型有机/无机钝化剂，揭示钝化剂的表面物理结构和化学官能团等微观特性，采用等温吸附解吸方法研究钝化剂与土壤Cu、Cd吸附沉淀效率间的构效关系，阐明受钝化剂固化的土壤Cu、Cd价态、配位形式和赋存形态，明确土壤重金属的钝化机理。同时，以黑麦草为指示生物，选取某铜冶炼厂周边污染土壤构成土壤-植物小生境，通过分析Cu、Cd在植物体内的分布和毒性；Cu、Cd在土壤的形态与迁移转化规律以及土壤-植物系统酶活性的变化，表征中药渣生物炭和麦饭石对土壤Cu、Cd的阻控效果。项目的实施不仅有望解决药渣排放对环境的直接负面影响，实现废弃物的再利用；还可为实现复合污染土壤Cu、Cd的阻控，以废治污提供新方法、新思路。

二、主要技术指标

项目采用富含有机质的多孔生物炭材料和具有硅氧四面体和铝氧八面体结构的天然麦饭石的组合钝化剂组合配施，有效钝化酸性土壤中的Cu、Cd，其钝化机理主要表现在物理和化学吸附。

三、应用情况概述

在添加量为2%时，低温药渣生物炭、高温药渣生物炭、铁改性高温药渣生物炭、麦饭石和两种不同组合均可显著降低黑麦草体内Cu和Cd含量以及显著增加黑麦草的生物量，且黑麦草的叶绿素含量和根系活力均可指示这一效果。低温药渣生物炭处理抑制黑麦草吸收Cu和Cd，增加黑麦草的生物量的效果要优于其他处理，可使黑麦草地下部生物量增加327.22%，地上部分生物量增加504.11%。

通过对等温吸附数据拟合，药渣生物炭基质材料更适合Langumir 等温方程，而麦饭石更加符合Freundilich等温方程。4种材料对Cu和Cd的饱和吸附量大小依次为高温药渣生物炭、铁改性高温药渣生物炭、 低温药渣生物炭、麦饭石。药渣生物炭主要通过其表面羟基、羧基羰基和酯基与Cu和Cd发生配合反应;麦饭石主要通过其中的钠长石和蒙脱石表面的硅羟基羟基和羧基与Cu和Cd发生配合反应。