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土壤重金属污染给粮食安全生产带来严重威胁,土壤中重金属污染物的形态转化及迁移累积引起广大学者的关注。环境中的钒随饮食、呼吸等方式被带入动物体内,对人类健康造成威胁。钒污染虽然不会立即威胁全球范围内的生态系统,但是随着钒的沉积和迁移,会逐渐破坏生态环境。深入研究钒在土壤环境中的迁移和转化机制,将非常有利于钒的污染治理与环境标准的制定,从而实现农产品更加安全的生产。本文以五价的钒为研究对象,采用陕西省典型的黄褐土、塿土、风沙土、黄绵土、以及相应的土壤胶体和改性锯末生物质炭为吸附材料,通过吸附动力学及与等温试验,分析不同吸附材料对V(V)的吸附能力的差异性,结合比表面积(BET)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X衍射分析(XRD)、电子扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等分析表征手段,探索不同吸附材料对V(V)的吸附机理。上述研究旨在揭示不同吸附剂对V(V)的固持能力的大小,为了解V(V)在土壤中的行为和生物质炭的环境生态修复提供科学依据。本研究取得了以下主要结论:(1)不同土壤对钒吸附能力的大小黄褐土、塿土、风沙土和黄绵土由于物理化学性质(有机质含量、比表面积、粒径分布和矿物成分)的不同,对V(V)的吸附也存在较大差异。完成快速吸附V(V)的反应时间分别为60min、120min、120min和30min,动力学数据最为符合拟二级动力学模型。这表明土壤吸附钒是一个复杂的化学吸附与物理吸附共存的动态吸附过程。Freundlich模型能较好地拟合等温吸附数据,陕西土壤对V(V)的吸附为多分子层吸附,黄褐土、塿土、风沙土和黄绵土对V(V)的最大吸附量分别为1147.4 mg·kg-1,854.4 mg·kg-1,748.6mg·kg-1,730.8 mg·kg-1。pH值为4到8时黄褐土、塿土、风沙土和黄绵土吸附V(V)的最大吸附能力较稳定,同时吸附能力随着离子强度的增加而降低。(2)钒在不同土壤胶体上的吸附行为特征通过原子力显微镜(AFM)结果发现,与风沙土和塿土胶体相比,黄绵土胶体粒径最大为181.30 nm。XRD结果分析显示天然土壤胶体中主要的矿物成分包括黑云母、高岭石、方解石和石英。土壤胶体对V(V)的吸附动力学和等温线分别能较好的被Pseudo-second-order和Freundlich模型拟合。Langmuir模型拟合结果表明塿土和风沙土胶体对V(V)的最大吸附能力相差不大,黄绵土胶体对V(V)的吸附能力较弱,最大吸附量分别为285.7 mg g-1、238.1 mg g-1和41.5 mg g-1。吸附能力的差异与土壤胶体的粒径大小和有机质含量有直接关系,且化学吸附过程主要作用于羧基和羟基官能团。在pH影响试验中,塿土胶体在溶液初始pH值介于5.0--9.0之间吸附量最佳,风沙土和黄绵土胶体的最佳为6.0--8.0。随离子强度的增加,土壤胶体对V(V)的吸附能力相应减小。(3)改性锯末生物质炭对钒吸附特征随着pH值的升高,改性锯末生物质对钒的吸附量先增加后减小,其中pH在7左右时,吸附量达到最大,为15.766 mg.g-1。改性生物质炭在前1小时内迅速完成对钒的吸附过程,在24小时左右达到吸附平衡,吸附动力学拟合结果符合拟二级动力学方程。原始生物质炭对钒的最大吸附量为1.9905 mg.g-1,Fe改性生物质炭对钒的最大吸附量为17.231 mg.g-1,改性炭对钒的吸附量是原始炭吸附量的8.66倍。锯末生物质炭经过Fe负载改性,改变生物质炭的元素组成,降低了生物质炭的孔隙度,可显著提高生物质炭对钒的吸附性能。改性生物质炭对钒良好的吸附性能主要归功于其表面的正电荷对阴离子形态钒的吸附作用。