壳聚糖负载铁改性生物炭对汞污染土壤的修复研究

作     者：王雪萌 

作者单位：沈阳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑冬梅

授予年度：2024年

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] 

主      题：汞 甲基汞 改性生物炭 壳聚糖 

摘      要：汞（Hg）是一种全球性污染物,具有持久性、高度富集性和严重的生物毒性。Hg可以在大气、土壤、水体等以各种单质或化合态形式存在,金属冶炼是汞污染主要来源,有色冶金区周围土壤汞污染严重,修复后环境中的汞还会进行二次沉降再释放,因此选用生物炭对土壤中的汞进行钝化,减小其对环境的二次污染。本研究以有色冶金区周围土壤为研究对象,制备了桑树枝生物炭（SBC）、磁性桑树枝生物炭（SMBC）、壳聚糖负载磁性桑树枝生物炭（SCBC）、玉米秸秆生物炭（YBC）、磁性玉米秸秆生物炭（YMBC）、壳聚糖负载磁性玉米秸秆生物炭（YCBC）共6种生物炭,分别添加到高浓度汞污染土壤和低浓度汞污染土壤中,通过土壤培养实验和盆栽实验对土壤理化性质、土壤中总汞（THg）和甲基汞（MeHg）含量,以及对植物的影响进行研究。主要结论如下: （1）改性后的生物炭表面不规则程度增加,表面均匀附着了大量的FeO和壳聚糖颗粒。改性后生物炭比表面积、孔体积和孔径大小明显增加,磁性生物炭表面有大量的O元素和Fe元素,SMBC比表面积和孔体积分别为110.286 m·g和0.215cm·g,YCBC孔径为12.013nm,属于介孔材料。改性生物炭-OH和-NH-基团特征峰得到了增强,还引入了Fe-O和-CH-新的官能团,改性生物炭中丰富的孔隙结构为钝化土壤中重金属汞提供更多点位,大量的官能团与汞形成络合物,钝化土壤汞。 （2）不同生物炭不同添加量下两种汞污染土壤培养实验结果表明:6种生物炭均显著提升了土壤的理化性质（p H、CEC、有机碳、有效氮）,生物炭添加量为5%时提升最大。YCBC处理能有效的钝化土壤中的汞,并抑制汞甲基化效果最好。YCBC对两种土壤中汞的去除率分别为20.57%和25.48%;甲基汞含量分别降低为20.57%和40.16%,成为了良好的土壤钝化剂。因此,选择生物添加量为5%的6种生物炭进行下一步盆栽实验。 （3）对不同生物炭在5%添加量下两种汞污染土壤盆栽实验结果表明:6种生物炭都降低了土壤中THg、MeHg、有效态汞含量和植物中THg含量,提高了小白菜生物量。其中YCBC处理的钝化效果最好。高浓度土壤下YCBC处理土壤THg、MeHg、有效态汞含量分别降低了17.05%、33.28%、35.29%,植物中地上和地下部分THg含量分别降低了31.36%、25.47%;低浓度土壤下YCBC降低了THg、MeHg、有效态汞含量32.50%、42.87%、48.39%,植物中地上和地下部分THg含量分别降低了51.49%、46.48%。生物炭显著影响了土壤中THg向有效态汞的转化,有效态汞更容易被植物根部富集,从而影响植物的生长发育。