水铁矿-人工合成类腐植酸复合材料的土壤重金属钝化效果及机制

作     者：孙煜璨 方明智 张冰 刘翼飞 杨婷 陈坦 SUN Yucan;FANG Mingzhi;ZHANG Bing;LIU Yifei;YANG Ting;CHEN Tan

作者机构：中央民族大学生命与环境科学学院北京100081 生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心北京100012 中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心北京100081 

出 版 物：《农业环境科学学报》 (Journal of Agro-Environment Science)

年 卷 期：2023年第42卷第8期

页      面：1710-1720页

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42007128) 中央高校基本科研业务费专项资金(2022QNYL27,2022QNPY56) 

主　　题：人工合成类腐植酸 水铁矿 重金属 钝化 机制 

摘      要：水铁矿-天然腐植酸复合材料(FH-NHA)已广泛应用于土壤重金属污染修复,但来源不同的天然腐植酸活性位点存在较大差异,导致钝化效果不可控,限制其实际应用。本文以优化的非生物腐殖化工艺合成了结构性质可控的人工合成类腐植酸(SHLA),并进一步制备了水铁矿-人工合成类腐植酸复合材料(FH-SHLA)。基于土壤模拟实验,结合土壤二乙三胺五乙酸(DTPA)提取态和改进的BCR提取态重金属含量的变化,解析了FH-SHLA施用后的重金属钝化效果和对土壤理化性质的影响,结合扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱等手段揭示了其重金属钝化机制。结果表明:FH-SHLA会显著改变土壤理化性质,土壤pH、阳离子交换容量、电导率和有机碳含量等均有不同程度的提高;施加FH-SHLA培养30 d后,土壤中DTPA提取态Pb、Cd和Zn含量分别降低了65.98%、29.68%和60.89%,降低效果均优于FH和FH-NHA;FH-SHLA显著促进了土壤Pb、Cd和Zn由有效态(酸溶态+可还原态)向稳定态(可氧化态+残渣态)转变,钝化效果优于FH和FH-NHA;结合强度系数和钝化效率明显提高,迁移系数和生态风险指数明显降低,FH-SHLA有效降低了重金属污染土壤生态风险。FH-SHLA的土壤重金属钝化机制包括表面络合、沉淀作用和阳离子-π作用。水铁矿-人工合成类腐植酸复合材料在重金属污染土壤修复领域具有很好的应用潜力。