摘要
随着城市化和工业化进程的加快，各种环境问题也愈发严重，其中重金属污染现象尤为突出。Pb 作为典型阳离子型金属代表，通过食物的积累对生态环境和人体健康构成严重威胁。如何快速有效地去除环境中Pb污染一直是环境保护领域的研究热点，寻找一种绿色、高效和经济的新型功能材料意义重大。本文通过改进的共沉淀法制备了铁锰镍层状双氢氧化物复合生物炭材料（LDH/CSB），探究了其对水体中Pb(Ⅱ)的吸附性能和机制，在此基础上将LDH/CSB材料用于修复Pb污染土壤，分析了其对土壤理化性质、土壤Pb赋存形态、土壤Pb有效态含量和浸出毒性的调控作用。研究主要结论如下： （ 1 ）采用改进的共沉淀法合成了 LDH/CSB 复合生物炭材料，结果表明LDH/CSB 具有典型的 LDH 特征峰和良好层状结构以及生物炭的孔径结构，其中四种复合材料中LDH/CSB 500的比表面积最大，为78.70 m2/g；样品材料中含有的丰富官能团为污染物的固化稳定化提供反应位点。 （2）针对水体Pb污染处理，LDH/CSB对Pb(Ⅱ)的吸附更符合准二级动力学模型和Langmuir模型，表明物理吸附和化学吸附同时存在于吸附过程；颗粒内扩散模型的中Qt与t1/2之间不存在完全线性关系，表明吸附Pb(Ⅱ)的过程中颗粒内扩散过程是速率控制步骤。复合材料LDH/CSB 500在25℃下对水体中Pb(Ⅱ)的最大饱和吸附量为 474.69 mg/g，是对应原始生物炭的 1.51 倍。吸附热力学数据表明Pb(Ⅱ)在 LDH/CSB 上的吸附过程为熵推动、自发吸热过程。结合 SEM、FT-IR、XRD和XPS等表征表明吸附机理主要包含同构替换、配位络合和表面沉淀。 （3）将LDH/CSB作为钝化剂加入Pb污染土壤，测定并评估了LDH/CSB钝化土壤后的土壤理化性质、重金属赋存形态、重金属有效态含量以及重金属浸出毒性变化，并通过Pearson模型对各个参数之间的相关性进行了分析。结果表明：LDH/CSB 施加后土壤中的 pH、EC 和 TOC 值均有不同程度的上升；随着LDH/CSB 添加水平的增加，土壤中 Acs-Pb 和 Red-Pb 占比逐渐降低，Oxi-Pb 和Res-Pb占比逐渐增加，土壤重金属Pb迁移指数MPb逐渐降低；土壤中有效态Pb含量和 TCLP-Pb 含量逐渐降低，稳定化处理后的土壤环境风险减小；Pearson 模型分析得出土壤pH与Oxi-Pb和Res-Pb呈现出正相关，Acs-Pb与Red-Pb和Oxi-Pb呈负相关，Acs-Pb与有效态Pb和TCLP-Pb呈显著正相关；土壤中易迁移态Pb向更稳定的形态转化，LDH/CSB对土壤中Pb具有潜在的钝化效果。 综上所述，LDH/CSB 材料能够修复水体和土壤重金属 Pb 污染，对于改善水体和土壤环境具有潜在的效果，因此 LDH/CSB 作为重金属污染水体和土壤修复剂具有广阔的发展前景。
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