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生物炭负载纳米零价铁对污染土壤中铜钴镍铬的协同去除

席冬冬 李晓敏 熊子璇 姜智 张晓明 杨卫春

张秀红, 李任革, 赵月帅, 高琳婷, 宁博. 基于DPeRS模型的西安市农业空间面源污染特征解析[J]. 环境工程, 2023, 41(12): 142-149. doi: 10.13205/j.hjgc.202312017
引用本文: 席冬冬, 李晓敏, 熊子璇, 姜智, 张晓明, 杨卫春. 生物炭负载纳米零价铁对污染土壤中铜钴镍铬的协同去除[J]. 环境工程, 2020, 38(6): 58-66. doi: 10.13205/j.hjgc.202006010
ZHANG Xiuhong, LI Renge, ZHAO Yueshuai, GAO Linting, NING Bo. ANALYSIS OF DIFFUSE POLLUTION CHARACTERISTICS IN AGRICULTURAL SPACE IN XI'AN BASED ON DPeRS MODEL[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2023, 41(12): 142-149. doi: 10.13205/j.hjgc.202312017
Citation: XI Dong-dong, LI Xiao-min, XIONG Zi-xuan, JIANG Zhi, ZHANG Xiao-ming, YANG Wei-chun. SYNERGISTIC REMOVAL OF Cu, Co, Ni AND Cr FROM CONTAMINATED SOIL BY BIOCHAR-SUPPORTED NANOSCALE ZERO-VALENT IRON[J]. ENVIRONMENTAL ENGINEERING , 2020, 38(6): 58-66. doi: 10.13205/j.hjgc.202006010

生物炭负载纳米零价铁对污染土壤中铜钴镍铬的协同去除

doi: 10.13205/j.hjgc.202006010
基金项目: 

国家重点研发计划项目(2018YFC1802204)。

详细信息
    作者简介:

    席冬冬(1996-),女,硕士研究生,主要研究方向为环境功能材料的制备及应用。1583638804@qq.com

    通讯作者:

    杨卫春(1982-),女,博士,教授,主要研究方向为重金属污染土壤的修复治理。yang220@csu.edu.cn

SYNERGISTIC REMOVAL OF Cu, Co, Ni AND Cr FROM CONTAMINATED SOIL BY BIOCHAR-SUPPORTED NANOSCALE ZERO-VALENT IRON

  • 摘要: 合成了一种低成本、高效生物炭负载纳米零价铁的复合材料(ZVI-SM)并应用于铜、钴、镍、铬污染土壤的修复。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和金属吸附实验等方法,考察了不同碳化温度下制备的生物炭前驱体和生物炭复合材料对复合重金属污染修复的影响及去除作用机制。其中,吸附-还原后形成的FeCr2O4极大地降低了铬的毒性,同时提高了铜、钴、镍的去除率。Fe0的引入既提高了生物炭对重金属的吸附量,又解决了Cr(Ⅵ)毒性的问题;XPS的结果进一步阐明了生物炭可以作为电子传递介质,通过表面官能团得失电子与Fe0间形成强相互作用,增强了复合材料对多重金属离子的去除效果。除ZVI-SM500外,ZVI-SM100、300、400、700 4种材料对于铜、钴、镍、铬的去除率要远高于商用纳米Fe0和单纯的生物炭材料,表现为对铬和铜有较强的亲和力和反应性,均能在5 min内完全去除铜和铬,钴和镍也能在180 min内达到80%以上的去除率。在反应过程中存在显著的离子竞争效应:铬≥铜>钴>镍,这与金属离子的标准还原电位大小的趋势一致。土壤修复实验表明:ZNI-SM300用于污染土壤的修复,15 d后,Cr(Ⅵ)含量从480 mg/kg降至0.52 mg/kg,水溶态Cr总量从500 mg/kg降至1.2 mg/kg,两者的固定化效率均达到99%以上,并能达到完全去除水溶态的铜、钴、镍、Cr(Ⅵ)的效果。因此,以SM300为载体的纳米零价铁可作为复合重金属污染土壤修复的理想材料。
  • DIACONU M, PAVEL L V, HLIHOR R M, et al. Characterization of heavy metal toxicity in some plants and microorganisms: a preliminary approach for environmental bioremediation[J]. New Biotechnology, 2020, 56: 130-139.
    WEN Q X, WANG Q, LI X Q, et al. Enhanced organics and Cu2+ removal in electroplating wastewater by bioaugmentation[J]. Chemosphere, 2018, 212: 476-485.
    LI X, WU Y E, ZHANG C, et al. Immobilizing of heavy metals in sediments contaminated by nonferrous metals smelting plant sewage with sulfate reducing bacteria and micro zero valent iron[J]. Chemical Engineering Journal, 2016, 306: 393-400.
    CHEN X, CUI J, XU X R, et al. Bacterial cellulose/attapulgite magnetic composites as an efficient adsorbent for heavy metal ions and dye treatment[J]. Carbohydrate Polymers, 2020, 229:115512.
    PAP S, J RADONIC', S TRIFUNOVIC', et al. Evaluation of the adsorption potential of eco-friendly activated carbon prepared from cherry kernels for the removal of Pb2+, Cd2+ and Ni2+ from aqueous wastes[J]. Journal of Environmental Management, 2016, 184: 297-306.
    FERRI M, CAMPISI S, SCAVINI M, et al. In-depth study of the mechanism of heavy metal trapping on the surface of hydroxyapatite[J]. Applied Surface Science, 2019, 475: 397-409.
    李明, 程寒飞, 安忠义, 等. 化学淋洗与生物质炭稳定化联合修复镉污染土壤[J]. 环境工程学报, 2018, 12(3):904-913.
    张志红, 陈家煜, 郭观林, 等. 稳定剂协同水泥固化/稳定化重金属污染土壤的工程特性[J]. 环境工程学报, 2017, 11(5):3172-3178.
    陈亚奎, 卢滇楠. 重金属污染土壤生物修复技术研究进展与现状[C]//2019中国环境科学学会科学技术年会论文集(第三卷), 2019: 564-568.
    朱玉斌. 土壤重金属污染现状及修复技术比较[J]. 中国资源综合利用, 2017, 35(5):56-58.
    YU H W, ZOU W X, CHEN J J, et al. Biochar amendment improves crop production in problem soils: a review[J]. Journal of Environmental Management, 2019, 232: 8-21.
    NIE C, YANG X, NIAZI N K, et al. Impact of sugarcane bagasse-derived biochar on heavy metal availability and microbial activity: a field study[J]. Chemosphere, 2018, 200: 274-282.
    张杏锋, 冯健飞, 姚航, 等. 美洲商陆生物炭对Zn、Pb、Cd和Cu的吸附特性分析[J].环境工程, 2019, 37(8):88-94.
    LU X Q, LIU X W, ZHANG W Q, et al. The residue from the acidic concentrated lithium bromide treated crop residue as biochar to remove Cr (Ⅵ)[J]. Bioresource Technology, 2020, 296: 122348.
    熊静, 王蓓丽, 刘渊文, 等. 生物炭去除土壤重金属的研究进展[J].环境工程, 2019, 37(9):182-187.
    SHEN Z T, HOU D Y, JIN F, et al. Effect of production temperature on lead removal mechanisms by rice straw biochars[J]. Science of the Total Environment, 2019, 655: 751-758.
    LI S L, WANG W, LIANG F P, et al. Heavy metal removal using nanoscale zero-valent iron (nZVI): theory and application[J]. Journal of Hazardous Materials, 2017,322:163-171.
    薛嵩, 钱林波, 晏井春, 等. 生物炭携载纳米零价铁对溶液中Cr (Ⅵ)的去除[J]. 环境工程学报, 2016, 10(6): 2895-2901.
    孟繁健, 朱宇恩, 李华, 等. 改性生物炭负载nZVI对土壤Cr(Ⅵ)的修复差异研究[J]. 环境科学学报, 2017, 37(12):4715-4723.
    MANDAL S, PU S Y WANG X K, et al. Hierarchical porous structured polysulfide supported nZVI/biochar and efficient immobilization of selenium in the soil[J]. Science of the Total Environment, 2020, 708: 134831.
    王维大, 林薇, 李玉梅, 等. 黑炭负载零价铁对复合污染土壤中铜和铬的稳定化效果及生物有效性影响[J]. 环境工程学报, 2019, 13(4):944-954.
    孟李群, 张云鹏, 苏漳文, 等. 不同炭化温度下杉木生物炭产率及特性比较[J].福建林业科技,2014,41(2):38-41.
    LV D, ZHOU J S, CAO Z, et al. Mechanism and influence factors of chromium(Ⅵ) removal by sulfide-modified nanoscale zerovalent iron[J]. Chemosphere, 2019, 224: 306-315.
    QIAN L B, SHANG X, ZHANG B, et al. Enhanced removal of Cr(Ⅵ) by silicon rich biochar-supported nanoscale zero-valent iron[J]. Chemosphere, 2019, 215: 739-745.
    LI Z, SUN Y Q, YANG Y, et al. Biochar-supported nanoscale zero-valent iron as an efficient catalyst for organic degradation in groundwater[J]. Journal of Hazardpus Materials, 2020, 383: 121240.
    WU H H, WEI W X, XU C B, et al. Polyethylene glycol-stabilized nano zero-valent iron supported by biochar for highly efficient removal of Cr(Ⅵ)[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2020, 188: 109902.
    LI J X, ZHANG X Y, LIU M C, et al. Enhanced reactivity and electron selectivity of sulfidated zerovalent iron toward chromate under aerobic conditions[J]. Environmental Science & Technology, 2018, 52(5): 2988-2997.
    LING L, HUANG X Y, LI M R, et al. Mapping the reactions in a single zero-valent iron nanoparticle[J]. Environmental Science & Technology, 2017, 51(24): 14293-14300.
  • 期刊类型引用(22)

    1. 胡继娟,王小治,侯建华. 碳基材料负载纳米零价铁对铬废水的处理研究进展. 现代化工. 2025(02): 63-67 . 百度学术
    2. 蒋君丽,张蕾. 有机修复剂在化工污染场地土壤修复中的应用研究. 皮革制作与环保科技. 2025(01): 124-126 . 百度学术
    3. 赵文媛,王春勇,李英,田沙沙. 纳米零价铁对化工污染土壤修复研究现状. 辽宁化工. 2024(01): 103-105 . 百度学术
    4. 李杉杉,张荣,费杨,梁家辉,杨兵,王萌,师华定,陈世宝. Fe对稻田土壤重金属迁移转化影响机制及研究进展. 地学前缘. 2024(02): 103-110 . 百度学术
    5. 辛世纪,易校石,王江涛,祁宝川. 红柳生物炭负载纳米零价铁对Cr(Ⅵ)的吸附特性及机理. 伊犁师范大学学报(自然科学版). 2024(01): 45-54 . 百度学术
    6. 徐玥,徐学敏,时悦,赵晨浩,王圣森. 基于茶渣的生物炭负载零价铁对水体和土壤中Cr(Ⅵ)的修复及机理研究. 环境污染与防治. 2024(05): 638-644 . 百度学术
    7. 郭伟. 纳米零价铁修复污染土壤技术研究进展. 青海环境. 2024(03): 169-172 . 百度学术
    8. 钟鑫莲,王梦璐,季宏兵. 铁基生物炭复合材料修复重金属污染的研究进展. 化工新型材料. 2024(10): 61-65 . 百度学术
    9. 曾涛涛,农海杜,沙海超,陈胜兵,张晓玲,刘金香. 污泥基生物炭负载纳米零价铁去除Cr(Ⅵ)的性能与机制. 复合材料学报. 2023(02): 1037-1049 . 百度学术
    10. 祁宝川,徐志亮,易校石,徐虎,冯丹. 生物炭负载纳米零价铁的制备及其在环境修复中的研究进展. 化学通报. 2023(07): 815-823 . 百度学术
    11. 王阳,高衍浩,孔凡今. 生物炭负载纳米零价铁修复重金属污染土壤的研究进展. 山东化工. 2023(10): 98-101 . 百度学术
    12. 徐曼云,韩超,江鉴廷,时红,丁园. 炭基质钝化剂对土壤Cd、Cu的阻控效果与老化机制. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2023(03): 88-94 . 百度学术
    13. 熊子璇,杨卫春,贺宇宏,李琦,廖骐,杨志辉,司梦莹. 氧化条件下铁基材料还原Cr(Ⅵ)产物稳定性研究. 有色冶金设计与研究. 2023(06): 38-45 . 百度学术
    14. 李靖,钟为章,宁志芳,牛建瑞,韩永辉,马彩云. 改性生物炭强化土霉素菌渣厌氧消化研究. 环境科学与技术. 2023(12): 109-116 . 百度学术
    15. 姜维,杨芳俐,吴永红,陈冠忠,陈红凤,唐次来. Fe~0/Fe_3O_4复合材料同时去除水中多种重金属的效果. 环境工程学报. 2022(04): 1186-1198 . 百度学术
    16. 李也. 铁基稳定化材料在重金属污染土壤修复中的应用. 广东化工. 2022(10): 119-121+155 . 百度学术
    17. 徐皓普,汤波. 改性生物炭在土壤重金属修复中的机理及应用. 化工技术与开发. 2022(09): 49-53 . 百度学术
    18. 刘诗婷,刘静,刘爱荣,张伟贤. 纳米零价铁基材料用于地下水修复研究进展. 环境科学与技术. 2022(09): 181-193 . 百度学术
    19. 陈龙,李启婷,钱坤鹏. 重金属铬污染土壤的修复技术研究进展. 应用化工. 2022(10): 3058-3062 . 百度学术
    20. 刘菁,田一梅,刘云慧,褚献献,刘然,单金林. pH值、硫酸根和温度对钢管管垢中铬释放的影响. 中国环境科学. 2022(12): 5679-5686 . 百度学术
    21. 祝世文,程涛,屈刘盼盼,倪兵. 铜污染土壤修复技术及其应用研究进展. 湖北理工学院学报. 2021(01): 22-26 . 百度学术
    22. 梁佳怡,王泳森,段敏,李艺,陈喆,于方明,刘可慧. 生物质炭对土壤有效态镉及植物镉吸收影响的整合分析. 广西师范大学学报(自然科学版). 2021(06): 1-12 . 百度学术

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