錳氧化物-生物炭復(fù)合材料對砷的生物有效性的影響.pdf

1、在我國尤其是南方，土壤和水體環(huán)境中的砷污染面積不斷擴(kuò)大。在污染農(nóng)田種植作物或者用污染水灌溉農(nóng)田，都有可能會使砷（尤其是無機(jī)砷中的三價砷）在作物體內(nèi)累積，致使產(chǎn)量及品質(zhì)下降，通過食物鏈對人類健康產(chǎn)生危害。如何保證在砷污染農(nóng)田生產(chǎn)出合格的稻米，已引起社會的廣泛關(guān)注。本研究以玉米秸稈源生物炭（簡寫:BC）為原料，通過錳氧化物改性制備成兼具吸附與氧化作用的錳氧化物-生物炭復(fù)合材料（簡稱:炭錳材料，簡寫:MBC），利用吸附實驗，探討了炭錳材料對水

2、溶液中的砷(Ⅲ)的吸附去除機(jī)制及其對污染土壤中的砷的氧化效果;在此基礎(chǔ)上，通過盆栽試驗，研究不同用量炭錳材料對水稻中的砷的形態(tài)及含量影響及籽粒中氨基酸含量的影響。結(jié)論如下:
　　(1)成功制備了吸附性能較好的炭錳材料
　　掃描電鏡分析顯示，錳已嵌入到生物炭微孔隙中。傅里葉紅外光譜結(jié)果表明，炭錳材料的表面官能團(tuán)發(fā)生了一定的變化，其表面的羥基，酚羥基，羧基等官能團(tuán)數(shù)量明顯增多。與生物炭和錳氧化物對照相比，炭錳復(fù)合材料對砷(Ⅲ)吸

3、附性能提高，其對砷(Ⅲ)最大吸附量為20.08 mg·g-1，較生物炭的最大吸附量(11.41 mg·g-1)提高近2倍，是錳氧化物的最大吸附量7.86 mg·g-1的2.55倍。在3-7的范圍內(nèi)，pH對炭-錳復(fù)合材料和生物炭吸附砷(Ⅲ)的性能影響不大。動力學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，其吸附迅速，在30min內(nèi)對砷(Ⅲ)的吸附即可達(dá)到最大，且吸附過程符合動力學(xué)準(zhǔn)二級反應(yīng)方程(R2＞0.99)。炭錳材料對水體中砷(Ⅲ)有較好的去除作用。
　　(2)

4、添加炭錳材料后明顯提高了紅壤對砷的吸附容量
　　與空白對照及添加生物炭處理相比，添加炭錳材料可以明顯提高紅壤對砷的吸附容量(1.436mg·g-1)，是添加生物炭的紅壤吸附量(0.804 mg·g-1)的1.786倍。添加炭錳材料后，會改善紅壤的性質(zhì)，降低砷(Ⅲ)在土壤中的移動性。FTIR和XPS分析顯示，添加炭錳材料后，明顯增加土壤表面的有氧官能團(tuán)如O-H，C=O，Mn-O，和Si-O等數(shù)量。
　　(3)添加炭錳材料后，明

5、顯增加水稻籽粒產(chǎn)量，降低水稻籽粒中的吸收，增加必需氨基酸比例趨勢
　　高濃度砷污染的土壤中，增加炭錳材料施用量，會明顯提高籽粒產(chǎn)量與空白對照比較，炭錳材料1％和2％施用量處理，為籽粒中砷的總量分別降低了11.4％和19.4％;砷(Ⅲ)和二甲基砷的含量，分別降低了11.2％、17.4％和21.0％和49.7％。
　　低濃度砷污染土壤上，與空白對照相比，添加生物炭和炭錳材料對水稻的生物量無顯著性增加，但添加炭錳材料對籽粒的產(chǎn)量有

6、顯著性提高(p＜0.05)，隨著炭錳材料用量的增加，較空白對照分別提高了5.60％、20.03％;炭錳材料1％和2％施用量處理的稻米籽粒中砷總量較空白分別降低了18.4％、26.3％和18.4％，砷(Ⅲ)含量，較空白分別相對降低了14.7％、25.4％和19.6％。與等添加量的生物炭處理比較，1％的炭錳材料添加的水稻籽粒中的砷含量相對降低了11.5％。
　　在高、低砷污染土壤上，添加炭錳材料后，水稻籽粒中的必需氨基酸占總氨基酸的比