桑秆生物炭对污染土壤氧化还原过程中重金属的固持效应

生物炭是一种绿色可持续的土壤稳定化药剂,在土壤重金属污染治理中应用广泛。土壤中重金属的行为受土壤理化性质的影响。在南方稻田土壤水旱交替轮作引起的氧化还原过程中,土壤理化性质发生改变,土壤的长期安全利用存在一定风险。以南方常见农林废弃物桑秆为原料,采用“水-火联动”原位制炭技术制备得到桑秆生物炭(SG-BC)并进行表征,通过溶液批平衡试验,探究SG-BC对铅(Pb)、锌(Zn)和镉(Cd)的吸附特征及机制。结果表明,SG-BC对Pb、Zn和Cd的最大实际吸附量分别为21439、4110和2575 mg·g^(-1);SG-BC对上述重金属的吸附机制主要包括络合、沉淀和阳离子-π电子配位等。开展室内土壤培养试验,探究氧化还原过程中添加SG-BC对土壤理化性质和重金属含量的影响。结果表明,施加SG-BC会引起土壤pH上升及Eh略微降低;在厌氧培养期SG-BC对土壤中重金属的释放均有不同程度的抑制作用;在曝氧培养阶段尤其是曝氧初期,SG-BC显著降低土壤溶液重金属浓度,对Pb、Zn和Cd的固持效率最高分别达9669%、8077%和7841%。研究结果表明,在氧化还原过程中,SG-BC能有效固定土壤中重金属。该研究可为生物炭应用于重金属污染农田土壤修复提供理论依据。