摘要
重金属污染是中国农田土壤面临的重要问题，一些工业废水的排放致使周围农田受到重金属污染，影响作物生长和人类健康。原位钝化修复技术具有修复时间快、简单的特点，广泛应用于大规模污染土壤的治理。该技术的关键在于钝化剂的使用，本论文针对常规钝化剂亲和作用力差、用量大且频繁以及易形成二次污染的问题，制备出固化效率高、绿色经济的钙铝类水滑石(CaAl-LDHs)，通过同晶取代将重金属离子锚定在LDHs层板的晶格中并且原料易得，有效解决了传统材料钝化效率低且成本高的问题，减少了土壤中重金属的生物可利用性，验证了CaAl-LDH应用于土壤修复实践的可行性。主要研究结果如下: (1)采用水热法和共沉淀法制备出CaAl-LDH，考察了接触时间、用量和pH对其矿化Cd2+的影响，进行动力学和热力学分析，并利用表征手段探究矿化Cd2+的具体机理。结果表明:CaAl-LDH通过同晶取代以生成CdAl-LDH的形式实现了对Cd2+的快速矿化，其矿化容量能够达到453.50mg·g-1，超过大部分材料对Cd的去除能力，符合准二级动力学和Langmuir热力学模型。 (2)CaAl-LDH矿化Cu2+和Zn2+也是通过同晶取代生成新的LDHs来实现的，与矿化Cd2+机理相似;矿化Pb2+是以生成氢氧化物和碳酸盐的形式来实现的，其机理为共沉淀、表面络合和静电吸引作用。 (3)CaAl-LDH短时间内对污染农田土壤中的重金属表现出优异的超稳矿化性能。土壤稳定化实验中有效态Cu、Zn、Cd、Pb的含量最大分别下降了73.39％、97.57％、98.53％、37.84％，优于广泛使用的生石灰和羟基磷灰石钝化剂所具有的10％～80％的有效态重金属降低率。BCR连续提取结果表明不同用量的CaAl-LDH(0.2％、0.5％、1％、2％)均可使土壤中重金属由活跃形态转化为稳定形态，降低其生物可利用性。 (4)大田实践结果表明:修复84天降低土壤有效态重金属效果最好，其中有效态Cu、Zn、Cd、Pb分别下降了30.15％、67.29％、57.76％、39.78％。修复后促进了植物的生长，减少了重金属在养麦根、茎、籽粒中的累积，其中籽粒中Cd含量最大降低了35.80％，有效降低了农作物的食用风险。
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