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《华中农业大学》 2011年
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磷矿粉及其活化产物对土壤铅的钝化与机理

姜冠杰  
【摘要】:土壤中的铅不能被生物分解或化学降解,只能通过渗漏进入地下水,或直接被植物吸收进入食物链,最终对生态环境及人类和动物的健康造成严重的危害。本文研究了在黄褐土、砖红壤和潮土中施加磷矿粉后铅形态变化,探讨了磷矿粉施加量、培养时间、不同磷矿粉种类以及活化磷矿粉对土壤中铅形态的影响,采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)以及扫描电镜和能谱分析(SEM/EDS)等手段分析了草酸活化磷矿粉与未活化磷矿粉在不同pH条件下对铅的钝化机理。主要结果如下: 1)黄褐土和砖红壤中施加钟祥磷矿粉(ZPR)培养2d后,均能有效的减少土壤中交换态铅含量,增加残渣态铅含量,且磷矿粉施加量越高,效果越显著。随着磷矿粉施加量由0mgP/kg,50mg P/kg,500mg P/kg,2000mg P/kg增加,黄褐土和砖红壤中交换态铅含量与对照相比降低22.5%-54.4%和61.7%-72.8%;外源铅含量为200mg/kg时,两土壤中交换态和残渣态铅变化规律与无外源铅污染时相似,随磷矿粉施加量增加,黄褐土和砖红壤中交换态铅比对照减少23.9%-86.0%和20.9%-90.2%,以在ZPR用量最大时(2000mg P/kg)钝化效果最好。污染潮土中施加钟祥磷矿粉2d后,交换态铅含量有增加趋势,但增幅很小,交换态铅含量百分比变化范围为0.7%-1.3%,残渣态铅含量增加。 2)外源铅污染的黄褐土和砖红壤设置为轻度污染(Y2、L2)与重度污染土壤(Y4、L4),向其中施加2000mg P/kg的ZPR后,其交换态铅含量随时间增加先表现很小的增幅,而后趋于稳定,而残渣态铅含量随时间增加先减少后增加;潮土中残渣态铅含量随时间增加而增加,增幅为1.3%-14.5%。 3)黄褐土中施加不同用量的磷矿粉后,保康磷矿粉(BPR)钝化交换态铅效果最好,开阳磷矿粉(KPR)最差;而砖红壤中对交换态铅的钝化效果为,低磷矿粉用量时(50mg P/kg),ZPR钝化效果最好,BPR最差;中(500mg P/kg)、高(2000mg P/kg)磷矿粉用量时,BPR效果最好,KPR最差。两土壤施加不同用量的四种磷矿粉后,均能显著的减少土壤中交换态铅含量,增加残渣态铅含量。但供试磷矿粉对土壤中铅的钝化效果不同,BPR效果最优,ZPR和南漳磷矿粉(NPR)效果相当,KPR次之。说明磷矿粉的全磷和有效磷含量并非是钝化土壤中铅的决定因素,很可能由于BPR具有较大的比表面积,在对铅的钝化过程中磷酸盐诱导的吸附起主要作用。 4)黄褐土中施加不同用量的活化磷矿粉(APRs)后,交换态铅含量,在低APRs用量时,活化保康磷矿粉(ABPR)效果最好,活化开阳磷矿粉(AKPR)最差;中APRs用量时,活化南漳磷矿粉(ANPR)效果最好,AKPR最差;高施加量时,检测不到交换态铅。砖红壤中无论低、中、高APRs用量,ABPR的钝化效果均优于其它三种APRS。两土壤中施加四种不同用量的APRs后,部分处理残渣态铅含量减少。四种APRs均能显著降低两土壤中交换态铅含量,效果优于PRs。说明磷矿粉被草酸活化后,释放的有效磷增多,能够与铅接触的机会增多。 5)供试未活化磷矿粉(PRs)和草酸活化后的磷矿粉(APRs)分别与不同pH的200mg Pb/L的铅溶液反应,在pH3.0-5.0范围内均有效吸附溶液中的铅,溶液的pH≥3时,对铅的吸附率均在90%以上。随着溶液pH的降低,溶液中溶解的磷浓度升高,但不同pH对Pb的吸附影响很小。通过XRD分析表明,供试样品均可检测到氟磷灰石和方解石衍射峰。草酸活化后,均可检测到草酸钙或水合草酸钙。PRs与铅溶液反应后形成白铅矿,APRs与铅反应后生成磷氯铅矿。XPS表面分析通过对Pb4f的终结合能(135.05-135.55eV)对比显示,APRs对铅的去除要比PRs的更有效。SEM/EDS分析表明供试PRs样品包含大的块状结晶体并含大量的Ca,P,O,F和C,验证了氟磷灰石的存在;PRs经草酸活化后,变为无定形;PRs与铅溶液反应后,形成块状物质并含有Pb;在APRs与铅溶液反应后,形成不规则的块状粒子,同时检测到Pb。FT-IR图谱表明,在PRs被草酸活化后,C032-的特征吸收峰消失,P043-的峰强度减弱,同时出现C2O42-的特征吸收峰。表明CO32-在PRs与Pb溶液的反应中起主要作用,而APRs中P043-起主要作用。由于磷氯铅矿的溶解度低,建议采用APRs钝化土壤和水中的铅。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X131.3

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