Page 211 - 《精细化工）》2023年第10期

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 ·2289·

的结构特征，OBDCs 附着在 OBs 的孔和内壁上， 能是由于 OBDCs-OB 增加了黏土矿物与土壤的接触
2
使其内壁的整个表面变得粗糙。粗糙的表面提供了 面积，尽管 OBDCs- OB 的比表面积（7.73 m /g）略
2
较大的比表面积和吸附位点，为吸附 Pb（Ⅱ）和 小于 OBDCs 的比表面积（8.44 m /g），但改善了
Cu（Ⅱ）提供了基本条件。 OBDCs 因自身团聚而无法发挥作用的弊端，因此，

OBDCs-OB 土壤 CEC 值增幅大于 OBs 和 OBDCs。
pH 可通过调节重金属溶液平衡，影响重金属在
土壤中的迁移率和生物有效性 [10-11] 。土壤修复实验
过程中 pH 随时间的变化如图 3b 所示。C0、C1、
C2、C3 和 C4 的初始 pH 分别为 7.52、7.34、7.22、
7.36 和 7.28。在修复过程中 pH 在一定范围内波动。
修复 83 d 后 pH 分别为 7.43、6.90、6.60、7.12、6.80。
在实验过程中，微生物的生长代谢会降低土壤 pH，
OBs 表面存在—COOH 等酸性基团，OBs 本身的酸
性性质可能益于酸性微生物的生长，使得 pH 下降

图 2 OBs（a）、OBDCs（b）和 OBDCs-OB（c）的 SEM 图 幅度大于其他组实验。因 OBDC 具有碳酸盐岩结构
Fig. 2 SEM images of OBs (a), OBDCs (b) and OBDCs- 的方解石和白云石，它们是天然的缓冲体系 [26-27] ，
OB (c)
–
部分溶出的碳酸根离子发生水解，产生的 OH 提供
通过测定 OBs、OBDCs 和 OBDCs-OB 的氮气
碱度，对 pH 的降低有缓冲作用，且缓冲能力与碳
吸附-解吸等温线及其孔径分布可知，OBDCs 和 酸盐岩含量成正比。
2
OBDCs-OB 的比表面积分别为 8.44 和 7.73 m /g，大
2
于 OBs 的 0.72 m /g；OBDCs 和 OBDCs-OB 的微孔
–2
–2
3
体积分别为 4.12×10 和 4.86×10 cm /g，大于 OBs
3
–3
的 3.25×10 cm /g；OBs、OBDCs 和 OBDCs-OB 的
孔径分别为 18.14、19.55 和 15.78 nm。OBDCs-OB
的比表面积和微孔体积与 OBDCs 相似，均高于
OBs。在 OBs 表面和孔隙上掺杂 OBDCs 使孔径变
小，微孔体积增加。大的比表面积增加了钝化剂与
土壤的接触面积。
通过以上表征及分析可知，OBDCs-OB 表面
具有—OH 及—COOH 等官能团、碳酸盐岩和黏土
矿物等矿物组成以及多孔结构，可作为吸附剂使用。
由课题组前期研究成果 [17] 可知，OBDCs-OB 在
水溶液中对 Cu（Ⅱ）和 Pb（Ⅱ）的理论最大吸附
容量分别为 95.11 和 164.08 mg/g，其吸附过程符合
拟二阶动力学模型和 Langmuir 等温线吸附模型，即
吸附过程为单分子层的化学吸附过程。
2.2 土壤 CEC 和 pH 变化
图 3a 为 OBs、OBDCs 和 OBDCs-OB 加入后土

壤 CEC 的变化。除 C0 和 C1 外，所有实验组土壤
CEC 均有所增加，C2、C3 和 C4 土壤的 CEC 与原始 图 3 土壤 CEC（a）和 pH（b）的变化
Fig. 3 Change of CEC (a) and pH (b) of soil
土壤（85.11 cmol/kg）相比，增幅分别为 3.89、12.94
和 18.29 cmol/kg。因为热解炭表面的—OH、—COOH 2.3 土壤重金属离子形态
等基团能与 Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）结合，黏土矿物特 在土壤修复实验第 83 d 取样，测试土壤中 Cu
殊的层状结构中 Na（Ⅰ）、K（Ⅰ）等与加入土壤中 （Ⅱ）和 Pb（Ⅱ）的形态，结果如图 4 所示。随着
大量的 Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）发生交换，提高了土壤 营养物质和热解生物炭的添加，Cu（Ⅱ）和 Pb（Ⅱ）
的 CEC [26] 。由图 3a 可以看出，OBDCs 对 CEC 的贡 的离子形态组成发生变化，可酸溶态减少，可还原
献大于 OBs 的贡献，OBDCs-OB 的 CEC 最大，可 态、可氧化态和残渣态均增加。与 C0 相比，C1、