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黑碳(Black Carbon，或BC)是一种富含碳元素的有机连续体，其中碳(C)元素的含量高达70％-80％。人类生存环境中所形成的黑碳80％以上最终都要归于土壤，并且由于其生物化学惰性而长期留存于土壤环境中，对土壤碳素循环、土壤有机无机污染物的物理化学性质及迁移转化均产生重要影响。有关黑碳的结构、性状、及其环境功能是当前环境科学领域的研究热点之一。就黑碳与土壤污染物之间的相互作用关系而言，目前的研究多集中在土壤有机物污染方面，而黑碳对土壤重金属元素行为特征的影响及作用还少见报道。
本文选取两种生物质材料：水稻秸秆(rice straw)和樟木(campor wood)，所制取的黑碳分别记为水稻秸秆黑碳(R-BC)和樟木黑碳(C-BC)。通过对不同黑碳表面性状及其对土壤Cd固持能力的研究，得到如下主要结论：
1、不同黑碳(BC)的pH值均随着裂解温度的升高而升高，而其电荷零点随热解温度的升高而降低。比较而言，不同裂解温度下形成的水稻秸秆黑碳(R-BC)的电荷零点要相应地低于樟木黑碳(C-BC)，在500℃条件下得到的樟木黑碳(C-500)有最高的电荷零点，其值为5.5。这说明在一般土壤pH范围内，相对高温下形成的黑碳以及水稻秸秆黑碳对金属阳离子的吸附能力更强。
2、不同类型黑碳的红外光谱特征结果表明，水稻秸秆黑碳(R-BC)的强吸收峰主要出现在3438cm-1、2927cm-1、1708cm-1和1614cm-1等处，其主要官能团为羟基、羰基、亚甲基、芳香羰基(Co-)和酚羟基等；樟木黑碳(C-BC)的吸收峰主要出现在3400、1740、1580和1236cm-1等处，其主要的官能团有羟基(-OH)、酯类羰基(C=O)，芳香羰基(CO-)等，但是樟木黑碳的基团吸收峰较弱。与樟木黑碳相比，水稻秸秆黑碳有更强的吸收峰，并且含有更多的官能团种类和数量。就表面酸性基团而言，不同黑碳的表面碱性含氧官能团数量随温度升高逐渐升高；水稻秸秆黑碳(R-BC)的酸性官能团随着温度的升高而降低，而樟木黑碳(C-BC)表面酸性含氧官能团总量随温度的升高而呈现先升高后降低的趋势。黑碳形成时裂解温度的变化对R-BC官能团的形成影响更明显。
3、黑碳影响下土壤重金属Cd的解吸试验结果表明，随着BC热解温度的升高，从土壤颗粒表面解吸下来的Cd呈降低趋势，这说明相对高温下形成的黑碳可增强土壤对Cd的吸持能力。不同类型的黑碳在不同添加量的情况下土壤Cd的解吸行为均可用Elovich方程、双常数方程和抛物线方程拟合。Cd在添加黑碳的土壤中的解吸过程以非均相扩散过程为主．
4、土壤添加BC后，随BC添加量的增加，土壤中有效态Cd含量明显降低。土壤中有效态Cd的浓度也随着BC热解温度的增加而降低，高温下制备的BC对土壤中Cd的固定能力大于低温下制备的BC。水稻秸秆黑碳对土壤中有效态Cd含量的降低效果高于樟木黑碳，这可能与水稻秸秆黑碳有更多的官能团种类和数量以及较低的电荷零点有关。
5、土壤中有效态Cd的含量与土壤中有机质的含量以及CEC含量呈极显著的负相关，这说明土壤中添加黑碳后，土壤性状及基本物理化学条件发生了变化，从而为重金属Cd的钝化提供了有利条件，降低了土壤介质中Cd的移动性，其生态风险亦相应降低。