Page 176 - 《精细化工》2020年 第10期
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·2106·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

                                 [1]
            重威胁了生态环境安全 。目前，针对铀尾矿污染土                                本文以湖南省中南部某铀尾矿区的表层土壤为
                                                        [2]
            壤的修复方法主要包括物理法、化学法、生物法 。                            研究对象，主要进行以下 3 个方面的研究：①对改
            物理法过程繁琐，且易导致土壤中养分流失。生物                             性前后生物炭的比表面积及孔隙结构差异进行分
            法对环境友好，但修复周期较长。相比之下，化学                             析。②探讨不同固定化处理（纳米沸石、磷酸二氢
            法更适合修复重金属污染土壤，如化学沉淀、化学                             钾与改性生物炭单独施用以及复配施用）对土壤 pH
                                        [3]
            淋洗、电动修复和吸附等手段 ，但仍存在修复成                             以及速效磷含量的影响。③利用 TCLP 和 Tessier 形
                                                  [4]
            本高、二次污染和操作复杂等方面的限制 。固定                             态分级实验研究不同固定化处理对铀污染土壤的修
            化修复技术因具有经济高效、稳定性好、易于实施                             复效果，探讨固定修复机制，以期为铀尾矿污染土
                                 [5]
            的优点而受到广泛关注 。                                       壤原位固定修复提供理论参考。
                 目前，常见的固定剂包括沸石、粉煤灰、磷酸
                                      [6]
            盐、腐植酸、生物炭等材料 。沸石是一种多孔的                             1   实验部分
            铝硅酸盐矿物，比表面积较大，对金属离子具有较
                             [7]
            强的吸附交换能力 。相对于普通沸石，纳米沸石                             1.1   试剂与仪器
                                                                   磷酸二氢钾，GR，天津天力化学试剂有限公司；
            具有更大的比表面积、短而规则的孔道结构，其活
                                                               碳酸氢钠、氢氧化钠、氯化镁、三乙醇胺、连二亚硫
            性位点的利用效率得到大幅度提高，理论上更有利
                                            [8]
            于对重金属污染土壤进行固定修复 ，但目前将纳                             酸钠，AR，天津天力化学试剂有限公司；醋酸铵、钼
                                                               酸铵，AR，广州金华大化学试剂有限公司；酒石酸锑
            米沸石用于重金属污染土壤修复的报道较少。磷酸
                          3–
            盐主要通过 PO 4 诱导重金属形成磷酸盐沉淀，从而                         钾，AR，福晨（天津）化学试剂有限公司；反式 1,2-
            降低重金属的有效性，对 Pb、Cd、Cu 污染土壤具                         环己二胺四乙酸，AR，国药集团化学试剂有限公司。
                             [9]
            有良好的修复效果 ，但磷酸盐类固定剂通常受限                                 UV-2000 型紫外-可见光分光光度计，上海奥普
            于磷素淋失和致酸作用等问题              [10] 。生物炭具有发达           勒公司；D8 Advance 型 X 射线衍射仪，德国 Bruker
            的孔隙结构及丰富的官能团，易与金属离子发生络                             公司；SUPRA 40 型扫描电子显微镜，德国 Zeiss 公
            合反应形成专性吸附作用            [11] 。研究表明，超声波引             司；Micromeritics  TriStarⅡPlus  2.02 型比表面积及
            起的空化作用会使生物炭的结构层发生剥落和断                              孔径分析仪，美国麦克仪器仪表有限公司。
            裂，并增加生物炭结构的孔隙度                [12] 。HNO 3 可以脱      1.2   供试材料
            灰打开生物炭内堵塞的孔道，提高其比表面积和孔                                 供试土壤：取自湖南省中南部某铀尾矿库的表
            容，同时还可将酸性官能团和含氧官能团引入炭化                             层土（0~25  cm）。将采集土样风干、研磨过 200 目
            表面，通过离子交换以及与其他活性位点的表面络合                            筛备用。土壤 pH 为 3.61，速效磷含量 59.49 mg/kg，
            来增加生物炭对重金属吸附的亲和力和容量                     [13-14] 。  全铀含量 159.26 mg/kg。
            此外，当前的研究大都利用单一固定剂修复铀尾矿                                 供试纳米沸石：采自河北灵寿县北方沸石加工
            污染土壤，将有机和无机组分结合固定修复铀尾矿                             厂，主要成分为片斜发沸石，pH 为 9.2，阳离子交
            污染土壤的报道较少。因此，利用纳米沸石、磷酸                             换量（CEC）：2640 mmol(+)/kg，纳米沸石的化学组
            盐、超声波-HNO 3 改性生物炭联合固定修复铀尾矿                         成及物理参数如表 1 所示。供试磷酸二氢钾为优级
            土壤具有重要意义。                                          纯化学试剂。

                                           表 1    纳米沸石的主要化学组成及物理参数
                                 Table 1    Chemical compositions and physical parameters of nanozeolite
                                    质量分数/%                                     BET 比表面积      总孔容     平均孔径
                                                                     n(Si)/n(Al)    2           3
              SiO 2   A  l  2O 3   N  a  2O   MgO   K 2O   CaO   Fe 2O 3  MnO 2   /(m /g)    /(cm /g)   /nm
              38.53   22.27   1.65   0.37   2.46   9.57   6.08   2.41   1.47       116.5      0.14     6.73

                 供试改性生物炭：购于浙江省生物炭工程技术                          过程大约 10  h。裂解过程结束后，冷却至室温，取
            研究中心。将小麦秸秆风干，切成 10  cm 左右，放                        出生物炭。将烧制的小麦秸杆生物炭用去离子水洗
            入炭化炉，采用限氧裂解法制备秸秆生物炭。制                              涤至中性，随后用超声波处理 2 h，清洁生物炭表面
            炭温度采用“程序升温控制”技术，即升温速率    及部分孔隙中多余的灰分和不需要的矿物质，提高
            8.5  ℃/min，达到目标温度 500  ℃后，保持此温度                    后续硝酸的渗透率。经过研磨和筛分后，取 10 g 生
            直至出口再无气体溢出，关闭加热程序。整个炭化                             物炭粉末（S1）用 300  mL 质量分数 25%的 HNO 3
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