Page 209 - 《精细化工）》2023年第10期
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第 10 期                  刘向明，等:  热解油基钻屑/橘皮生物炭钝化修复铜铅污染土壤                                  ·2287·


                 通常 Cu（Ⅱ）和 Pb（Ⅱ）会共存于污染土壤                       1    实验部分
            中，经雨水等淋溶冲刷进入土壤               [1-2] ，降低作物产量，
            污染周边水域，对生态系统和人类健康存在长期风                             1.1   试剂、材料与仪器
                                                     [4]
              [3]
            险 。目前，重金属离子污染土壤修复的方法 主要                                OBDC 取自四川威远页岩气田 H1 井；OB 产自
            包括物理、化学、生物和联合修复法，如客土法、                             四川成都；Cu(NO 3 ) 2 、Pb(NO 3 ) 2 、BaCl 2 、NaOH、
                                                               NaCl、甲苯、尿素、柠檬酸，AR，成都市科龙化工
            化学淋洗、原位化学钝化法、植物与微生物法以及
                                                               试剂厂；牛肉膏、蛋白胨，生化试剂，美国 OAOID
            化学和生物修复技术联合等。其中，原位化学钝化
                                                               有限公司。
            修复技术具有经济、便捷和快速等优势而被广泛应
              [5]
            用 。生物炭因其材料来源广泛和性能优异，是重                                 SK-G06123K 真空管式炉，天津中环电炉股份
                                                     [6]
            金属污染土壤修复中常用的化学钝化修复剂 ，如                             有限公司；WQF-520 红外光谱仪，北京瑞利分析仪
                                                               器有限公司；X′ Pert PRO MPD X 射线粉末衍射仪，
            玉米芯、橘皮（OB）等常见废弃生物炭原材料。高
            岭土等黏土矿物类材料也可作为化学钝化剂                     [7-8] 。因   荷兰 PANalytical 公司；Zeiss Supra 55 扫描电子显微
                                                               镜，德国 Zeiss 公司；APSP 2460 全自动比表面积及
            废弃物成本低、来源广泛，可通过低成本方式对废
                                                               孔径分析仪，美国 Micromeritics 仪器公司。
            弃物进行处置再利用，开发废弃物的应用价值，满
                                                                   原始土壤 采集自四 川成都西 南石油大学
            足废弃物处理的减量化、无害化和资源化利用。
                                                               （30°83′16″N，104°19′04″E）三期 10~20 cm 表层土，
                 在页岩气开采过程中，产生大量油基钻屑
                                                               其理化指标：pH 为 7.52±0.02，含水量为 17.30%，
            （OBDC），其中包含多种有害有机物和无机物，如
                                                               有效氮（AHP）含量为 300.00 mg/kg，有效磷（AP）
            石油烃与重金属等，未经处理的 OBDC 属于危险废                          含量为 129.26 mg/kg，总有机碳（TOC）质量分数
                                      [9]
            弃物，不能随意转移或处置 。近年来，有文献报
                                                               为 2.13%。污染土壤的制备：将原始土壤自然风干
            道 OBDC 热解处理后可对其油品进行回收和残渣二                          后，过 2 mm 筛，备用；在每千克原始土壤中加入
                   [9]
            次利用 ，热解处理可将有机物从钻屑中脱出，使
                                                               2.3500 g Cu(NO 3 ) 2 和 1.5985 g Pb(NO 3 ) 2 ，此时，土
            水分和轻质油挥发，重质油裂解，产生气液固三相，                            壤中 Cu（Ⅱ）和 Pb（Ⅱ）含量分别约为 800 和
            固相物是含有极少量有机物的剩余钻屑残渣                     [10] ，形              [16]
                                                               1000 mg/kg  ，为 GB 15618—2018《中国农用地土
            成的碳基渣油是一种很有应用前途的吸附材料                      [11] 。   壤环境质量》规定重金属含量的 4 倍左右；将土壤
            LIU 等 [12] 利用热解制备的 OBDC 衍生炭吸附水中的
                                                               搅拌均匀后，室温（25 ℃）放置 3 个月，平衡重金
            Pb（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）、Cu（Ⅱ），其吸附能力优于椰                         属离子含量。
            壳等商用活性炭，然而在土壤修复中的应用并不常
                                                               1.2    吸附剂的制备与表征
            见。未经处理的 OBDC 直接加入到酸性土壤中，不                              在前期吸附剂的制备和评价过程中得到最优
            会造成土壤重金属离子超标，且随着 OBDC 加量的                          m(OBDC)∶m(OB)=1∶1    [17] ，以此比例制备 OBDCs-
            增大，碳酸盐岩等矿物的溶解可使酸性土壤的 pH                            OB。具体步骤为：将 10 g OBDC 加入 500 mL 去离
            升高  [13] ，改善土壤理化性质。同时，其特殊的物理                       子水中搅拌 30 min，再加入 10 g OB（80  ℃烘干 24
            化学组成可以吸附土壤中的重金属离子，因此，热                             h、粉碎后过 2 mm 筛），继续搅拌 2 h；过滤后，将
            解处理后油基钻屑残渣具备钝化修复重金属污染土                             混合物置于 80  ℃烘箱干燥 24 h；然后放入真空管
            壤的潜力。然而，热解后 OBDC 残渣颗粒较细，易                          式炉中，以 20  ℃/min 的升温速率加热至 500  ℃，
            发生团聚而影响使用效果，因此，可用废弃 OB 为                           热解 30 min 后冷却至 25  ℃，得到热解产物，用去
            载体共热解以改善其性能。                                       离子水冲洗 3 次后，于 80  ℃干燥 24 h          [18] ，得到热
                 现有土壤钝化修复研究重点关注材料对重金属                          解 OBDC/OB 生物炭（OBDCs-OB）。采用相同的热
            的固定作用，对土壤微生物活性影响的观测研究较                             解工艺    [17]  制 备了单组分的 OBDC 热解生物炭
            少。因此，本文将 OBDC 与植物热解生物炭相结合，                         （OBDCs）和 OB 热解生物炭（OBs）。
            以增强其生物相容性          [14-15] 。以产自四川的 OB 废弃           1.3   土壤修复实验
            物和 OBDC 为原料，制得热解 OBDC/OB 生物炭                           取 2500 g 污染土壤均分为 5 份，取 1 份不作任
            （OBDCs-OB），系统评价了 OBDCs-OB 钝化修复                     何处理为空白对照组（C0），另取 4 份分别加入 5.0%
            铜铅污染土壤时对理化性质的影响、钝化修复重金                             （以体系总质量为基准，下同）的营养物质（营养
            属效果及对土壤中微生物群落结构的影响，从而展                             物质组成为：94.4%碳源的葡萄糖、4.7%氮源氯化
            望热解 OBDC 在铜铅污染土壤钝化修复中的应用                           铵及 0.9%磷源磷酸二氢钾，均为质量分数）、5.0%
            前景。                                                营养物质+5.0% OBs、5.0%营养物质+5.0% OBDCs 和
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