超高温堆肥腐殖酸与Cd(Ⅱ)高效络合机制2DCOS分析

超高温堆肥工艺是一种新颖的污泥资源化利用技术,相比于高温堆肥工艺,具有发酵温度更高、腐殖化过程更快、堆肥产物质量更好等优势。然而,超高温堆肥产物作为调理剂在重金属污染土壤修复过程中的应用效果和优势仍有待明确。采用激发-发射矩阵荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)和傅里叶变换红外-二维相关光谱(FTIR-2DCOS)方法对比分析了超高温堆肥(HTC)、高温堆肥(TC)和污泥(SS)样品中提取的腐殖酸(HAs)与Cd(Ⅱ)的络合性能及相关反应机制。采用EEM-PARAFAC从HTC,TC和SS样品提取的HAs中鉴定出腐殖酸C1(Ex/Em=270,350/470)、类腐殖质物质C2(Ex/Em=270,325/470)和类蛋白质物质C3(Ex/Em=225,275/330)等3种组分,不同样品中不同组分的含量存在显著差异。进一步采用Ryan-Weber荧光猝灭模型对不同样品中HAs及HAs的各组分与Cd(Ⅱ)发生络合反应的荧光猝灭效应进行拟合,发现来源于HTC的HAs及其组分C1和C2对Cd(Ⅱ)络合稳定性和络合容量(LogKCd=5.72~5.95,CCCd=0.977~0.990)明显优于TC(LogKCd=5.62~5.67,CCCd=0.807~0.823)和SS(LogKCd=4.79~5.29,CCCd=0.476~0.581),表明HTC比TC和SS中HAs具有更好的Cd(Ⅱ)络合能力,而不同样品HAs中组分C1和C2是决定HAs与Cd(Ⅱ)络合性能的重要因素。采用FTIR-2DCOS对HAs与Cd(Ⅱ)发生络合反应时官能团变化顺序进行分析,发现HTC的HAs中羧基是与Cd(Ⅱ)发生络合时响应最为灵敏的官能团。由此推测,超高温堆肥通过促进堆肥腐殖化进程使羧基等不饱和基团含量增加是HTC的HAs与Cd(Ⅱ)具有更高效络合能力的另一关键因素。总之,样品HAs中相对高的腐熟程度以及羧基等官能团对Cd(Ⅱ)络合的高灵敏度是导致HTC络合Cd(Ⅱ)能力优于TC和SS的主要原因。EEM-PARAFAC和FTIR-2DCOS的结合,为定量表征堆肥中HAs与重金属络合性能及解析络合机制提供有力支撑,也为超高温堆肥产品应用于镉污染土壤修复研究提供了科学依据。