纳米羟基磷灰石对土壤中镉的吸附及迁移的影响

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重金属污染土壤的修复问题一直是中国乃至全世界环境研究的难题。土壤淋洗技术在修复重金属污染土壤方面具有较好修复效果,能够将重金属污染物快速地从土壤中移除,收集的出流液经过后续处理后还可回收重金属,产生经济效益等优点,但是目前常用的淋洗剂如无机酸、表面活性剂及乙二胺四乙酸等络合剂,存在改变土壤性质,影响土壤结构,破坏生物活性等环境风险,寻求环境友好的淋洗剂是土壤淋洗技术的研究难点。工程性纳米颗粒在修复重金属污染土壤方面呈现出很大的潜能和优势。纳米羟基磷灰石(nHAP)是一种相对低成本、对重金属吸附效果较好的环境友好型纳米颗粒。纳米羟基磷灰石在吸附去除污水中重金属及吸附钝化土壤中重金属方面表现出优异的性能,但是土壤钝化技术并未彻底解决土壤重金属污染问题、且钝化后的重金属存在二次活化的问题,因此,本研究采用环境友好型nHAP作为淋洗剂淋洗修复镉(Cd)污染土壤,达到促进土壤中Cd的迁移,避免被植物吸收和污染地下水的目的。实际场地修复时,结合出流液收集系统,可将Cd从土壤中移除,以修复Cd污染土壤。  纳米颗粒作为流体或悬浮液进行实验或实际应用时,易相互聚集为大颗粒,丧失其优异效应。为增加纳米颗粒的分散性,表面修饰是目前最经济和应用最广泛的方法。富里酸(FA)是一种活性高、环境友好的纳米颗粒修饰剂,目前对于富里酸对nHAP吸附和淋洗镉(Cd)效果的影响鲜见报道。  研究首先考察nHAP对镉离子的吸附能力及溶液物理化学条件(nHAP浓度、FA分散、FA浓度、离子强度等)对nHAP吸附Cd能力的影响;其次考察nHAP流体淋洗污染土柱中Cd的效果及溶液物理化学条件(nHAP浓度、FA分散、FA浓度)对nHAP淋洗Cd效果的影响。  研究表明:nHAP能够高效吸附Cd,对Cd最大吸附量是实验所用土壤的123倍,对Cd亲和力是土壤的36倍,富里酸作为分散剂,能够将nHAP对Cd最大吸附量和对Cd亲和力分别提高1.6倍和2.6倍。nHAP在土壤中具有较强的迁移能力,13%-59%的nHAP在土壤中可至少迁移11.6cm,而且nHAP浓度由100mg/L增加到500mg/L和低浓度nHAP经20mg/L FA分散后,nHAP在土壤中的穿透质量比可分别增加约2.7和1.3倍。nHAP对Cd离子优异的吸附能力和nHAP在土壤中的迁移能力促使nHAP流体对负载土壤中Cd具有一定的淋出能力。本研究中nHAP流体在水饱和条件下淋洗负载土壤能够将2.31%-8.46%Cd移除。纳米流体中nHAP的浓度和分散剂FA浓度对污染土壤中Cd的淋除有显著影响(P<0.05):淋洗液中单独的nHAP浓度由100mg/L增加到500mg/L时,Cd的去除率由2.31%增加到2.78%;高浓度nHAP经20mg/L FA分散后,Cd的去除率进一步增加到3.31%;FA浓度由20mg/L增加到500mg/L可将Cd去除率提高到8.46%。纳米羟基磷灰石流体对负载土壤中镉的淋洗效果低于目前应用较广的有机酸、络合剂及表面活性剂的淋洗效果,但是环境风险小、应用前景大,而且通过进一步提高纳米羟基磷灰石和富里酸的浓度可极大提高淋洗效果。随着纳米颗粒制备技术的改进和相应成本的降低,纳米流体淋洗技术将对污染土壤修复展现巨大的潜能和广阔的前景。
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