夏 宇，李 益，孫御婷，繆 巍，劉振剛

（1.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心固體廢棄物處理與資源化實(shí)驗(yàn)室，北京 100085；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120；4.中國科學(xué)院過程工程研究所多相復(fù)雜系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；5.北京化工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100029）

譯者：夏 宇；審查：繆 巍；單位：中國城市建設(shè)研究院有限公司

1 研究亮點(diǎn)

*提供了一種簡易、高效的共熱解復(fù)合材料制備方法；

*該復(fù)合材料比傳統(tǒng)生物炭具有更強(qiáng)的重金屬鈍化能力，并有效促進(jìn)了水稻的生長，具有良好的抗重金屬毒性和糧食增產(chǎn)效能。

2 背景

秸稈和粉煤灰，作為典型的農(nóng)業(yè)和工業(yè)廢棄物，在我國的產(chǎn)生量分別可達(dá)8×108t/a 和6×108t/a。秸稈的露天焚燒和粉煤灰的填埋處置方式不僅會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，還忽視了材料的資源化利用價(jià)值。近年來，采用熱化學(xué)技術(shù)制得的秸稈源生物炭在土壤修復(fù)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，但須較高的施加量才能達(dá)到良好的修復(fù)效果。研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰與廢棄生物質(zhì)聯(lián)用可提高生物質(zhì)的修復(fù)性能，并提供植物生長必需的營養(yǎng)元素，具有增產(chǎn)效能。因此，本研究采用共熱解技術(shù)制備了秸稈-粉煤灰復(fù)合功能材料，分析其對于重金屬污染土壤的修復(fù)效能，以及揭示其對于重金屬的作用機(jī)制。

3 研究方法

以玉米秸稈和粉煤灰為原料，通過共熱解法制得復(fù)合材料。將材料以不同比例加入到重金屬污染土壤中，待35 d 修復(fù)期結(jié)束后測定不同實(shí)驗(yàn)組土壤的重金屬浸出毒性和化學(xué)形態(tài)，同時(shí)通過植物盆栽實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確定復(fù)合材料對于水稻的抗重金屬和植物增產(chǎn)效能。采用多種化學(xué)分析方法與光譜技術(shù)，測定材料的基團(tuán)結(jié)構(gòu)、晶相結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分、微觀形貌、比表面積、元素組成等本征信息，結(jié)合土壤修復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示復(fù)合材料對于土壤中重金屬的鈍化機(jī)制。

4 主要研究結(jié)果

共熱解反應(yīng)過程中，粉煤灰中的礦物成分與秸稈炭中的碳元素相結(jié)合，促進(jìn)了礦物組分向無定形組分的轉(zhuǎn)變和礦物晶體尺寸的減小，增加了用于與重金屬離子結(jié)合的活性位點(diǎn)。復(fù)合材料添加比例為5%時(shí)，土壤中鉛、鎘的浸出毒性分別降低了67.9%和49.7%，水稻根長、莖長和干質(zhì)量分別提高了4.0、2.3和2.0 倍，植物組織中鉛、鎘的積累量分別降低了81%和62.5%。土壤中重金屬的鈍化機(jī)制主要是復(fù)合材料通過沉淀/共沉淀、表面絡(luò)合、陽離子-π 相互作用、陽離子交換作用與重金屬形成穩(wěn)定的重金屬-生物炭復(fù)合物，從而使重金屬從生物可利用的形態(tài)遷移轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的形態(tài)。

5 結(jié)論與展望

秸稈與粉煤灰的共熱解反應(yīng)制得的復(fù)合材料，可通過表面沉淀、表面配位、陽離子交換和陽離子-π健作用有效鈍化污染土壤中的重金屬，顯著降低其對周邊環(huán)境和作物的生態(tài)危害影響并促進(jìn)作物增產(chǎn)，作為潛在的土壤改良和土壤修復(fù)材料具有良好的應(yīng)用前景。