小麦秸秆生物炭对铅离子的吸附性能及小白菜中铅累积含量的影响

张利亚 王留成 郭丹丹

摘要    为探究小麦秸秆生物炭对重金属铅的吸附性能及吸附后对重金属的固定效果，开展了240 ℃热解小麦秸秆制备的生物炭对铅离子的吸附性能和对土壤中铅离子的固定效应及小白菜中铅累积含量的影响试验。结果表明，小麦秸秆生物炭对铅离子以化学吸附为主要过程，在298.15 K和323.15 K条件下的平衡吸附量分别为45.02 mg/g和51.05 mg/g;通过小白菜种植试验，生物炭在土壤中添加量大于1%时，小白菜含铅量小于0.1 mg/kg，且小白菜中铅含量随着生物炭用量的增加而减少，为解决铅离子污染的土壤问题提供了基础数据。

关键词    小白菜;小麦秸秆生物炭;铅离子;吸附性能

中图分类号    S634.4        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）23-0066-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    In order to explore the effect of wheat straw biochar on adsorption properties to heavy metal lead ion and the following fixation effect，the test for effect of biochar prepared by pyrolysis of wheat straw at 240 ℃ on adsorption properties to lead ion，the immobilization of lead ion in soil and lead accumulation in cabbage was carried out. The results showed that the main adsorption process of lead ions by wheat straw biochar was chemical adsorption. The equilibrium adsorption capacities at 298.15 K and 323.15 K were 45.02 mg/g and 51.05 mg/g，respectively. Through the cultivation experiment of Chinese cabbage，the lead content in Chinese cabbage was less than 0.1 mg/kg when the addition amount of biochar in the soil was more than 1%，and the lead content in Chinese cabbage decreased with the increase of biochar consumption，which provided basic data for solving the problem of soil pollution by lead ion.

Key words    Chinese cabbage;wheat straw biochar;lead ion;adsorption property

隨着工业化的迅速发展，水体和土壤重金属污染已引起相关部门的高度重视，其中铅不仅具有高毒性且易在动植物体中逐渐累积。在解决重金属污染的方法中，吸附法具有操作简单、成本低廉、吸附效果好等优点被广泛研究[1-5]。生物炭作为一种新型环保的材料被广泛研究，在吸附重金属领域上取得了一些成果[6-9]，但目前生物炭的制备温度一般在400 ℃以上，虽然比表面积较大，但其收率低、能耗大[10-13]。

为降低生物炭的制备成本，本文采用240 ℃热解小麦秸秆制备的生物炭为研究对象，探究小麦秸秆生物炭对重金属铅的吸附性能及吸附后对重金属的固定效果，拓展小麦秸秆生物炭的应用领域，以期为小麦秸秆的综合利用开辟新途径[14-15]。

1    材料与方法

1.1    供试材料

1.1.1    试剂与仪器。试剂：硝酸铅（河南晨升化工产品有限公司，分析纯），二甲酚橙（湖北巨胜科技有限公司，分析纯），醋酸、氢氧化钠（郑州派尼化学试剂厂，分析纯）。实验用水为实验室自制去离子二次蒸馏水。

仪器：UV-2401PC型紫外-可见光分光光度计（日本岛津公司），SHA-C型恒温水浴振荡锅（常州市亿能实验仪器厂），L500型离心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司），MX841-6型干燥箱（吴江市闽鑫烘箱电炉制造有限公司）BSM-220.4型电子天平（上海卓精电子科技有限公司），Nicolet is10型傅里叶红外光谱仪（美国Thermo Fisher）。

4    参考文献

[1] 张聪，张弦.土壤重金属污染修复技术研究进展[J].环境与发展，2018（2）：32-39.

[2] 刘洪超，魏学华，何广宇.我国重金属污染土壤修复技术的发展现状及选择策略[J].环境与发展，2018（2）：32-36.

[3] 郭玲.土壤重金属污染的危害以及防治措施[J].中国资源综合利用，2018，36（1）：122-124.

[4] 赵纪新，尹鹏程，岳荣，等.我国农田土壤重金属污染现状·来源及修复技术研究综述[J].安徽农业科学，2018，46（4）：19-21.

[5] 周旋，邓光天，郑琳.生物炭对铅离子的动态吸附[J].武汉工程大学学报，2013，35（10）：32-35.

[6] 朱宝华，周宇照，王维大.芦苇生物炭对水中铅的动力学与等温线[J].湿法冶金，2016，35（4）：297-302.

[7] MU R M，WANG M X，BU Q W，et al.Adsorption of Pb（II）from aqueous solutions by wheat straw biochar[J].IOP Conference Series Earth and Environmental Science，2018，191：12-41.

[8] WANG Y Y，LIU Y X，LU H H，et al. Competitive adsorption of Pb（II），Cu（II），and Zn（II）ions onto hydroxyapatite-biochar nanocomposite in aqueous solutions[J].Journal of Solid State Chemistry，2018，261：53-61.

[9] 唐登勇，胡丽洁，胥瑞晨，等.芦苇生物炭对水中铅的吸附特性[J].环境化学，2017，36（9）：103-112.

[10] 朱宝华，周宇照，王维大.芦苇秸秆生物炭吸附铅的动力学与等温线[J].湿法冶金，2016，35（4）：297-302.

[11] 李赟，孫宵琦，于瑞雪，等.不同农作物秸秆生物炭性质及其对重金属铅的吸附特性研究[J].山东农业科学，2018，50（9）：78-82.

[12] 邹继颖，孙大志，赵家伟，等.玉米秸秆生物炭对重金属镉、铅的吸附性能[J].北华大学学报（自然科学版），2018，19（4）：536-539.

[13] 徐世鹏.生物炭吸附剂研制及对废水中重金属的吸附特性研究[D].济南：济南大学，2015.

[14] 左静，陈德，郭虎，等.小麦秸秆生物质炭对旱地土壤铅镉有效性及小麦、玉米吸收的影响[J].农业环境科学学报，2017，36（6）：1133-1140.

[15] 刘国成.生物炭对水体和土壤环境中重金属铅的固持[D].青岛：中国海洋大学，2014.

[16] 张利亚，王留成，李心雨，等.小麦秸秆低温热解制备生物质炭的性能研究[J].磷肥与复肥，2018，33（6）：24-27.

[17] 杨基峰，应光国，赵建亮，等.黑碳对污染物环境地球化学过程的影响[J].生态环境学报，2008，17（4）：1685-1689.