pH对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在可变电荷土壤表面竞争吸附的影响

在实际的重金属污染体系中往往有多种重金属元素同时存在，当这一污染体系与土壤作用时不同重金属离子对土壤表面存在竞争吸附。Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）是土壤中常见的2种重金属离子，土壤和矿物表面对2种离子的竞争吸附或2种离子吸附亲和力的比较已有一些研究报道。一般认为土壤对Pb（Ⅱ）的吸附亲和力大于对Cu（Ⅱ）的吸附亲和力，但在可变电荷土壤和矿物中情况有所不同。McKenzie的结果表明合成赤铁矿在pH3．0～6．0范围内对Pb（Ⅱ）的吸附亲和力大于Cu（Ⅱ），而针铁矿的结果相反。     

棉花、花生秸秆生物炭对棕壤中Cu(Ⅱ)运移的影响

[目的]分析棉花、花生生物炭基本理化性质,模拟自然条件下降雨对土壤中Cu(Ⅱ)淋失量的影响,探讨生物炭修复Cu(Ⅱ)污染棕壤的可行性。[方法]以棉花、花生秸秆为原料,采用限氧热解法分别在350,500,650℃下制备生物炭,将生物炭按1%的炭土干重比施入铜污染棕壤[Cu(Ⅱ)的浓度200mg/kg],通过室内土柱淋溶试验分析添加不同生物炭对土壤缓冲性能和吸附能力的影响。[结果]两类生物炭的H/C及O/C的比值随着温度的升高逐渐降低,而生物炭的BET比表面积则随着制备温度的升高而逐渐增大;添加生物炭的土壤淋溶液pH值显著高于空白处理,花生生物炭的效果更为显著;随着淋溶次数的增加,添加生物炭的土壤中Cu(Ⅱ)的淋失量明显低于空白处理;添加花生生物炭提高了土壤中Cu(Ⅱ)的专性吸附,以650℃最为显著。[结论]两种生物炭能明显提高土壤的缓冲性能和对重金属的吸持能力,其中以花生生物炭的效果更为明显。     

不同pH下两种可变电荷土壤中Cu(II)、Pb(II)和Cd(II)吸附与解吸的比较研究

对两种可变电荷土壤的研宄表明,土壤对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量均随pH的增加而增加,但Cu(Ⅱ)与Pb(Ⅱ)吸附量之间的差值随pH增加而减小,Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)与Cd(Ⅱ)吸附量之间的差值随pH增大呈增大趋势.土壤吸附的Cd(Ⅱ)的解吸量随吸附平衡液pH的增加而增加;但Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的解吸量先随pH增加而增加,在某一pH时达最大,随后再逐渐减小.3种重金属离子在可变电荷土壤中吸附和解吸行为的不同特征是pH导致的土壤表面电荷的变化和离子水解程度的变化共同作用的结果.本文的研究结果对可变电荷土壤中重金属的控制和污染土壤的修复具有一定的指导意义.     

不同原料生物炭的改性及其吸附/钝化Cd(Ⅱ)效果

综述了生物炭原料来源、改性方法、Cd(Ⅱ)吸附机理以及施加生物炭对土壤pH值、C/N和镉形态的影响,提出今后应加强(改性)生物炭修复Cd(Ⅱ)污染土壤的田间实验研究,长期跟踪施加(改性)生物炭后土壤Cd(Ⅱ)形态、土壤养分、微生物群落组成和结构等的变化。     

稻草生物质炭对3种可变电荷土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响

按土重的3%和5%向采自海南和广西的3种可变电荷土壤中添加由稻草制备的生物质炭,混合培养30 d后用一次平衡法研究了生物质炭对土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响及其与土壤表面电化学性质的关系,旨在阐明生物质炭促进可变电荷土壤吸附和固定Cd（Ⅱ）的机制。结果表明,添加稻草炭显著提高了3种土壤的阳离子交换量（CEC）和土壤pH,并使土壤胶体Zeta电位向负值方向位移。因此,添加稻草炭增加了土壤表面的负电荷量,土壤表面对Cd（Ⅱ）的吸附容量增强,使3种可变电荷土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量增加,且Cd（Ⅱ）吸附量的增幅随稻草炭添加水平的提高而增加。Freundlich方程和Langmuir方程可以拟合3种土壤对Cd（Ⅱ）的吸附等温线,但Freundlich方程拟合效果更好,该方程表征吸附容量的常数k也随着稻草炭添加水平提高而增大。研究表明在pH3.0~5.0范围内,稻草炭均增加土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量。添加稻草炭提高土壤pH,促进Cd（Ⅱ）的吸附,因为Cd（Ⅱ）的吸附量随pH升高而增加。解吸实验表明,添加稻草炭处理Cd（Ⅱ）的解吸量高于对照处理,说明生物质炭提高了土壤对Cd（Ⅱ）的静电吸附量。     

生物质炭对茶园土壤水溶性氟吸附特性的影响

采用室内培养试验法对添加生物质炭的茶园土壤水溶性氟吸附特性进行了研究。结果表明,茶园土壤随生物质炭添加量增加对水溶性氟的吸附量和吸附率均逐渐降低,应用等温吸附Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程均能够较好地描述其吸附规律,其中以Freundlich方程拟合曲线最佳。随生物质炭添加量的增加土壤氟净吸附量逐渐降低。各处理土壤的氟吸附动力学过程包含吸附快反应和慢反应阶段,平衡时间小于120 min区间为吸附量快速上升期,平衡时间达到1 440 min后0.25%和0.50%生物质炭添加量处理土壤基本达到平衡状态。从双常数方程、Elovich方程和一级动力学方程拟合方程计算得到的理论吸附量与试验实测吸附量之间的符合程度较高,可准确描述添加生物质炭土壤对水溶性氟的吸附过程。添加生物质炭使土壤p H值升高与茶园土壤对水溶性氟最大吸附量、吸附强度和净吸附量的降低密切相关。     

生物质炭对有机污染物的吸附及机理研究进展

生物质炭是一种利用废弃生物质材料在缺氧或厌氧环境中热化学转换制备的多孔级富碳固体材料。因其吸附能力强,制备原料来源广泛,生产成本低且环境友好等优点受到学术界越来越多的关注。探究生物质炭对有机污染物的吸附机理和规律,对于评估其环境行为和应用价值至关重要。着重综述了目前研究报道的生物质炭吸附有机污染物的吸附机理,包括分配作用、表面吸附作用和孔隙截留等。一般低温生物质炭对非极性有机物的吸附机制以分配作用为主,这种非竞争性吸附机理可以解释高浓度有机污染物在生物质炭上的吸附过程。表面吸附是一种非线性竞争性吸附作用,是有机污染物在生物质炭表面有效吸附位点上形成静电作用或通过氢键、离子建、π-π相互作用等结合的过程。孔隙截留是另一种生物质炭固定有机污染物的微观机制,有机污染物在孔隙内部的分配和吸附也是生物质炭吸附能力的重要体现。而在实际复杂的污染环境中,各类生物质炭对有机污染物的吸附过程需要多种机制共同解释。此外,本文对吸附机制的影响因素进行了分析和总结,生物质炭自身理化特性决定了其应用价值,生物质炭的性质与有机污染物的极性、芳香性和分子大小等相匹配才能更好地实现吸附固定,不同的吸附环境如吸附介质、p H和共存离子等也会对吸附机制和吸附效果产生影响。最后,文章进一步探讨了生物质炭吸附有机污染相关研究未来应着重解决的问题,以及生物质炭在有机污染土壤修复中的应用前景。     

小麦秸秆生物质炭的结构特征及其对Cr(VI)的吸附性能研究

以小麦秸秆为原料,在300℃和500℃下制备生物质炭（WS300和WS500）,对其性质进行表征,并研究其对Cr （VI）的吸附特性。结果表明随制备温度升高,生物质炭的C含量升高,缩合度增强,极性和亲水性减弱。WS500有更大的比表面积和孔容。Cr （VI）主要以HCrO₄^-和Cr₂O₇^2-的形态吸附在生物质炭表面。WS500有更为丰富的羟基、羧基、酯基等官能团,可与Cr （VI）发生络合、氧化还原等作用。Cr （VI）的吸附等温线更适合用Langmuir模型拟合,说明吸附主要是单分子层吸附。Cr （VI）在WS500上的吸附容量高于WS300。     

不同生物质炭的镉吸附特征及对云南土壤镉污染的调控效应

研究不同植物源生物质炭的性质，评价其对云南东川地区镉（Cd）污染应用效果。开展了稻秆炭（RBC）、麦秆炭（WBC）、玉米秆炭（MBC）、麻秆炭（HBC）、田菁炭（TBC）、花生壳炭（PBC）的Cd吸附特征研究和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析、X射线衍射（XRD ）分析；通过盆栽试验分析了上述生物质炭对东川Cd污染土壤的Cd赋存形态和油麦菜Cd吸收的影响。结果表明，Langmuir吸附等温线及准二级动力学曲线能较好模拟生物质炭对Cd的吸附， TBC饱和吸附量最大分别为37.1和27.9 mg?g-1；WBC、RBC、TBC解吸率较低，各浓度梯度下均不超过10%；FTIR分析表明田菁炭含有较多的含氧官能团；XRD分析表明各生物质炭元素种类存在差异。与不添加生物质炭处理（CK）比较，TBC处理土壤有效Cd降幅最大为24.3%，且达显著水平（P<0.05）；同时土壤Cd形态由酸溶态向稳定态转化。与CK相比， HBC处理油麦菜地上Cd含量降幅最大为26.4%，且达显著水平；WBC、HBC处理显著降低油麦菜体内Cd的转运系数，转运系数分别为0.662 0、0.692 8。聚合增强树分析（ABT）分析结果表明，土壤可溶性有机碳（DOC）与土壤pH是土壤有效Cd的主要影响因素，呈极显著负相关，贡献率分别为33.0%和21.9%。综上，供试各植物源生物质炭能降低东川Cd污染土壤中Cd的有效性，减少植物对Cd的吸收及转运，不同生物质炭间存在差异。综合材料性质及试验结果，TBC是东川地区修复Cd污染土壤的较优材料选择。     

生物质炭土壤调理剂的研究进展

生物质炭作为一种高效、绿色、多功能的土壤调理剂在农业生产和环境修复中具有广阔的应用前景,因而受到了国内外研究学者的广泛关注。论文综述了生物质炭在土壤改良、污染土壤修复、土壤微生物以及对农作物的影响机理等方面的研究成果,分析展望了生物质炭土壤调理剂的发展趋势,提出了需要进一步研究和解决的问题。     

根系分区交替灌溉与生物质炭对土壤养分动态及设施甜椒产量和品质的影响

土壤水分和养分是决定温室栽培中作物产量和品质的关键因素,对于提高资源利用效率具有重要影响。研究了根系分区交替灌溉与生物质炭对土壤速效养分和甜椒产量及品质的影响。在日光温室地表覆膜条件下,试验设置4个处理,分别为常规滴灌(D)、根系分区交替灌溉(PRD)、2%生物质炭+常规滴灌(BD)和2%生物质炭+根系分区交替灌溉(BPRD)。试验结果表明:(1)与不施炭处理(D与PRD)相比,施用2%生物质炭处理(BD与BPRD)能够显著提高土壤速效钾含量(P0.05),在甜椒初花期和盛花期能够显著提高土壤速效磷含量(P0.05),但对土壤碱解氮无显著影响;(2)与其他三个处理相比较,BPRD处理能够在不降低产量的情况下增加甜椒果实维生素C含量,减少甜椒果实可滴定酸浓度;(3)与普通灌溉相比,PRD处理能够提高灌溉水分利用效率,但BPRD处理节水效果并不显著。因此,在日光温室地表覆膜条件下,根系分区交替灌溉(PRD)技术可以实现节水并维持产量,而生物质炭与根系分区交替灌溉联合技术(BPRD)是否可作为一种新型农业技术进行推广应用还有待进一步验证。     

生物质炭对不同pH值土壤矿质氮含量的影响

为了揭示生物质炭作为土壤调理剂添加后对土壤矿质氮形态、含量等土壤性质的影响,该研究利用芒草分别在350和700℃裂解制得生物质炭,发现2个温度尤其是700℃制得的生物质炭,对NH4+有很强的吸附能力,但对NO3-的吸附能力很弱。将生物质炭分别加入到酸性(pH值为3.8)和碱性(pH值为7.6)土壤中,25℃下室内培养180d。结果表明,生物质炭提高了土壤全氮含量,酸性和碱性土壤分别平均提高了22%和17%;但使土壤铵态氮含量大幅降低至接近仪器检测限水平;生物质炭对土壤硝态氮含量的影响因生物质炭和土壤类型而异。生物质炭对土壤矿质氮形态和含量的影响,显然与生物质炭对铵的吸附作用、提高土壤pH值、增强氨挥发损失,以及形成微生物量氮等密切相关。该研究可为开展生物质炭基氮素新型肥料及制剂等方面的科学研究提供参考。     

冻融交替对复配土壤团粒结构和有机质的交互作用

为了研究冻融交替作用下复配土壤团粒结构和有机质之间的关系,采用室内模拟冻融试验方法,分析冻融周期以及团粒结构含量对复配土壤有机质的影响。结果表明,冻融交替经过1,2,5,10周期时各个粒级团粒结构的分配比例有明显变化,0.5mm的小粒径团粒结构含量增加,1mm的大粒径团粒结构含量减少;冻融循环对复配土壤有机质含量产生极显著影响,1∶1,1∶2,1∶5复配土壤有机质含量均表现为随冻融周期先增加后减少的趋势,2周期时达到峰值,与冻融前相比,分别增加68%,55%,59%;冻融循环与土壤团粒结构的交互作用显著影响复配土壤有机质含量,冻融交替作用下3种比例复配土壤小团粒结构(粒径0.5mm)与有机质呈现出较为明显的正相关关系。因此,利用冻融交替作用对砒砂岩与沙复配土壤的团粒结构形成、有机质的影响以及二者之间的交互作用,进行改良土壤结构,提高土壤有机质含量,使土壤结构和有机质得到持续不断的改善和发展。     

不同电解质对牛粪生物质炭中腐殖酸吸附–解吸的影响

本文研究了NaCl、Na_2SO_4、Na_3PO_4 3种背景电解质对牛粪生物质炭中腐殖酸吸附和解吸的影响。结果表明:在这3种背景电解质作用下,牛粪生物质炭对腐殖酸的吸附量和吸附率随着加入液腐殖酸浓度的增加而增加,但是增加速度逐渐变缓。3种背景电解质相比,NaCl中牛粪生物质炭对腐殖酸的吸附量和吸附率均为最高,吸附量范围为0.13～6.10 mg/g,吸附率范围为25.40%～87.14%。随着加入液腐殖酸浓度的增加,吸附态腐殖酸的解吸量逐渐增加,解吸率逐渐减小。3种背景电解质相比,Na_2SO_4中牛粪生物质炭吸附的腐殖酸的解吸量最高,解吸量范围为0.15～0.78 mg/g。加入液腐殖酸浓度为140 mg/L,3种背景电解质中牛粪生物质炭吸附的腐殖酸的解吸量均达到最大值,解吸量的大小顺序为Na_2SO_4>Na_3PO_4>NaCl。Na_3PO_4对腐殖酸的解吸率影响最大,解吸率范围为17.24%～90.55%,NaCl对腐殖酸的解吸率影响最小,解吸率范围为8.22%～53.54%。用Langmuir拟合3种背景电解质中腐殖酸的等温吸附曲线和等温解吸曲线,其相关系数都达到显著水平。研究结果揭示了不同背景电解质对牛粪生物质炭吸附和解吸腐殖酸的影响,可为土壤保土保肥提供理论参考。     

连续施用不同种类生物质炭对植烟土壤养分的影响

为了改良植烟土壤质量,探讨连续施用不同种类生物炭对植烟土壤养分含量的影响,通过3年大田定位试验研究了连续施用不同生物炭(CK：不添加生物质炭;T1：添加烟秆炭;T2：废弃烟叶炭;T3：玉米秸秆炭)下植烟土壤中的养分含量。结果表明：①连续施用不同种类生物质炭能够显著提高土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量,但对全磷、全钾以及碱解氮的作用并不显著。②在2018年采收期,三种生物质炭处理分别提高有机质10.26%、9.12%和6.96%;提高全氮10.36%、18.29%和9.03%;提高速效磷6.96%、18.57%和9.82%;提高速效钾16.53%、33.84%和13.05%。③随着试验年限的延长,添加烟秆炭对土壤有机质含量提升效果最好,其次是废弃烟叶炭,玉米秸秆炭最次。废弃烟叶炭对提升土壤全氮、速效磷和速效钾含量效果最佳。综合分析来看,连续施用生物质炭能提高土壤养分含量,改良土壤肥力,以废弃烟叶炭效果最好,适宜大面积推广。     

生物质炭改良土壤及对作物效应的研究进展

生物质炭是作物秸秆等有机物质在限制供氧的条件下加热而成。生物质炭具有养分含量丰富、碱性和高稳定性等特点,因此可以降低土壤酸度,有效截留土壤养分,并在一定程度上促进养分吸收而提高作物产量。本文主要综述了生物质炭制备的影响因素及其施用后对土壤理化性质、作物生长发育和养分吸收等方面的影响。由于生物质炭在国内外的研究仍处于起步阶段,研究过程中所采取的方法、所用不同来源的生物质炭以及研究的具体对象等不尽相同,研究的结果显示生物质炭在某些方面的作用仍存在不同结论。目前,生物质炭的研究多集中在表面宏观现象上,对其深入的机理研究仍较欠缺,因此,需要科技工作者的进一步探索,文章最后阐述了未来对该领域研究的一些观点。     

不同热解温度茶渣生物质炭对茶园土壤吸附解吸NH4-N的影响

生物质炭对铵根的吸附解吸影响着土壤的固氮效果,为探讨茶渣生物质炭对茶园土吸附—解吸NH_4~+—N性能的影响,减少土壤中氮素的淋失,提高氮素利用效率,通过模拟培养试验,采用平衡吸附法及HCL解吸法,研究了不同热解温度下制备的茶渣生物质炭在不同添加比例(0.35%,0.70%,1.40%,2.80%)下,茶园土对NH_4~+—N吸附解吸的特性。结果表明:施用生物质炭能有效增强茶园土对NH_4~+—N的吸附,并随生物质炭添加量的增加而增强。同一生物质炭添加量下,4种生物质炭处理下茶园土对NH_4~+—N的吸附量大小表现为BC400BC300BC500BC600。生物质炭的CEC含量是影响土壤吸附NH_4~+—N能力的主要因素。土壤对NH_4~+—N的吸附过程均以Langmuir方程拟合达到显著水平(0.953 7R~20.995 5),以单层吸附为主。施用生物质炭后,土壤产生了解吸滞后,有效降低了茶园土对NH_4~+—N的解吸率,BC400的解吸率最低。茶渣生物质炭能够增强土壤对NH_4~+—N的吸附,降低对NH_4~+—N的解吸,有利于提高土壤对氮素的吸持能力,其中BC400,2.80%处理下效果最佳。     

加入不同量生物质炭盐渍化土壤盐分淋洗的差异与特征

生物质炭作为土壤调理剂,能够显著地改良培肥土壤,但对盐渍化土壤盐分淋洗的影响缺乏研究和了解。本研究采用土柱模拟试验,将蘑菇棒生物质炭按照不同的质量比(0%、2%、5%、10%),添加到内蒙古河套地区硫酸盐盐渍化土壤0～20 cm的土层中,并进行淋洗,测定淋出液和土壤盐分及主要盐分离子含量,以期了解生物质炭对土壤盐分和主要盐分离子洗脱的影响。结果表明:加入生物质炭的土柱,淋洗液出现的时间提前了5～36 d,电导率降低至5 mS cm-1缩短了41～100 d;生物质炭加入量越大,淋洗液出现的时间越早,电导率降低至5 mS cm-1所需的时间也越少。其中,生物质炭用量2%的处理,淋洗结束表层脱盐效果较好,含盐量与对照相比降低了34.25%。显然,向盐渍化土壤加入生物质炭,不仅能够缩短盐分洗脱时间,而且提高洗盐效率,但对盐分离子洗脱先后顺序及其速率,并没有表现出明显的影响。     

生物质炭修复有机物污染土壤的研究进展

生物质炭由于其特殊的多孔性结构、强的吸附性能,以及富含多种营养元素和特殊官能团等特点,成为近年来在农业应用和环境污染治理方面的热点。本文介绍了生物质炭的基本特性,提出生物质炭可能在今后成为活性炭的替代品;综述了生物质炭在修复有机物(石油烃、有机农药、PAHs、PCBs)污染土壤中的研究进展,并探讨了生物质炭应用于污染土壤修复的环境风险。生物质炭在修复有机物污染土壤方面有巨大的潜力,但在大规模应用之前还需要做长期深入的研究。     

田间老化生物质炭结构表征及吸附铵态氮效应

为探讨田间自然老化生物质炭对土壤铵态氮持留性能的影响机制,通过田间原位埋置尼龙袋法和室内批量平衡吸附试验,采用场发射扫描电镜、BET比表面、差热与热重等分析技术,研究田间自然老化1年（A1）、2年（A2）和3年（A3）的生物质炭的表面结构特征等理化性质的动态变化及其对铵态氮吸附效应的影响。研究结果表明,田间自然老化3年的生物质炭表面孔隙结构塌陷明显,随着田间老化时间增加,生物质炭的BET比表面积、总孔容、介孔孔容与平均孔径增加,而微孔表面积减少,与新鲜生物质炭（A0）相比,A3处理生物质炭的BET比表面积、总孔容和平均孔径分别增加18.93%、42.31%和20.71%,微孔表面积减少26.17%;碳和氮元素含量分别增加7.92%和95.61%,生物质炭的芳构化程度有所降低,热稳定性下降。随着田间老化时间的增加,生物质炭对铵态氮吸附量明显减少,吸附量大小为A0> A1> A2> A3,但生物质炭依然保持较强烈的吸附性。批量平衡吸附试验表明准二级吸附动力学与Langmuir模型能更好地拟合生物质炭对铵态氮的吸附过程,揭示了生物质炭对铵态氮的吸附机制主要为单分子层化学吸附...