褐煤基材料对Cd^(2+)的吸附机制

为筛选稳定、高效、环境友好的重金属污染修复材料,利用批吸附试验研究了不同温度下褐煤、腐植酸、活性炭对镉(Cd^(2+))的吸附特征,采用非线性χ~2检验辅助决定系数判断等温线模型拟合度,用红外光谱对材料功能团进行了识别。结果表明,Temkin模型能最好拟合3种材料对Cd^(2+)的等温吸附过程,Langmuir和Freundlich模型也能较好拟合但与温度有关。吸附热力学参数表明,3种材料对Cd^(2+)的吸附为优惠发生的物理吸附,并且是自发的吸热过程,3种材料与Cd^(2+)之间均有较强的作用力。在温度294.55~313.15 K时腐植酸、褐煤和活性炭对Cd^(2+)的最大吸附量分别为36.14~44.09、29.63~38.20 mg·g^(-1)和21.04~30.34 mg·g^(-1),吸附量随温度升高而升高,吸附自由能随着温度升高而降低,说明升温吸附更容易发生。准二级动力学拟合数据最好,表明3种材料对Cd^(2+)的吸附存在着化学过程。褐煤基活性炭和褐煤基腐植酸具有丰富的孔隙结构。红外光谱图表明腐植酸和褐煤较大的吸附量与其含氧功能团种类较多以及在波数2 360 cm^(-1)和2 342 cm^(-1)附近吸收峰有关。因此,褐煤基3种材料对Cd^(2+)的吸附是自发的吸热过程,腐植酸对Cd^(2+)的最大吸附量和吸附能力最大,用Temkin等温方程和准二级动力学曲线能最适宜描述褐煤基材料对Cd^(2+)的吸附特征。

生物质炭施用对烤烟生长及光合特性的影响

在豫西丘陵旱作区,通过田间试验研究了生物质炭施用对烤烟生长及光合特性的影响。研究结果表明:与常规施肥相比,生物质炭施用能够增加烟株根际土壤含水量,提高烟株根系活力、菌根侵染率及根冠比,改善烟株叶片的光合性能,促进中后期烟株地上部分的生长。从生物质炭的施用量来看,高量生物质炭处理土壤保水效应最优,中量生物质炭处理更有利于烟株的生长。在豫西烟区烤烟生产中,建议生物质炭穴施的添加剂量为600 kg·hm-2。

褐煤基材料对石灰性土壤铅镉生物有效性的影响

为了解褐煤基材料对石灰性土壤铅、镉形态及其对生菜吸收铅、镉的影响,通过盆栽试验,将8种褐煤基材料分别与铅(Pb)、镉(Cd)污染土混合培养并栽培生菜共120 d,测定土壤DTPA(二乙烯三胺五乙酸)可提取态和生菜中铅、镉的吸收积累情况。结果如下:褐煤基腐植酸、去矿化褐煤、荷钙褐煤和褐煤基活性炭显著降低土壤中DTPA提取态铅含量,其3个施用量分别降低4.67%~7.97%、5.92%~11.46%、5.90%~11.80%和11.69%~26.43%,并随着材料施用量的增加,土壤中DTPA提取态铅含量逐渐减少;腐植酸树脂和腐植酸接枝共聚显著提高DTPA提取态铅含量,分别提高了5.82%~32.12%和2.55%~24.76%;硝化褐煤、磺化褐煤也有提高土壤中DTPA提取态铅含量的趋势;改性后比未改性褐煤显著影响土壤DTPA提取态铅含量,以活性炭处理降低最多,以树脂和接枝处理增加最多。褐煤、腐植酸、去矿化、活性炭和接枝降低土壤中DTPA提取态镉含量,活性炭和接枝作用达显著水平,显著降低的幅度分别是5.41%~13.51%和5.18%~27.70%;硝化、磺化、树脂显著提高土壤中DTPA提取态镉,增幅分别是7.92%~20.13%、5.74%~21.05%和21.30%~44.63%。褐煤、腐植酸、去矿化、荷钙、活性炭和接枝均能提高生菜地上部生物量,硝化、磺化和树脂则降低生菜生物量;地上部生物量与土壤中DTPA提取态铅、镉含量呈负相关。因此,褐煤基材料可显著地改变石灰性土壤中DTPA提取态铅、镉含量,显著影响生菜的生长量,且褐煤基材料对DTPA提取态铅和镉的影响存在差别。

硝酸氧化改性褐煤提升吸附镉能力研究

采用固液吸附系统研究了褐煤和硝化褐煤对镉离子的等温吸附、动力学吸附等特征,用卡方检验、Avrami模型筛选和验证了2种材料适宜的吸附机制模型。结果表明,不同温度下硝化褐煤和褐煤最大单层吸附量分别为35.61~46.84、29.63~38.20mg·g^-1,硝化褐煤比褐煤增加吸附量在20.18%~22.62%。基本达到平衡吸附量时,分别用了150、330min。硝化褐煤在低温时符合Langmuir单层吸附和准二级动力学过程,褐煤适合Freundlich模型描述。Avrami模型可较好地描述2种材料的等温吸附和动力学吸附特征。不同温度的等温吸附特征和动力学结果表明,随温度升高,2种材料经历了单层吸附、多层吸附的物理-化学过程,吸附是自发的吸热过程。红外光谱分析表明,硝化褐煤拥有较多的功能团,与吸附镉有关的为含氧功能团区、未知吸附带、脂肪族羟基和芳香C—H结构。硝化褐煤中羰基碳相对含量较褐煤高,可能是结合Cd2+能力提高的原因。因此,褐煤改性后的硝化褐煤对镉离子的吸附量和吸附速率最大,硝化褐煤能提高对镉的吸附性能,热力学和动力学吸附机制在不同材料和不同温度情况下不同,模型适宜性需用误差函数卡方检验辅助确定。改变褐煤基吸附材料的关键是增加有效功能团。研究首次表明,吸附过程中动力学级数发生改变,脂肪族羟基区、未知吸收带2360.20cm^-1和2341.98cm^-1和含氧官能团是褐煤硝酸氧化后吸附镉能力提高的关键因素。