废玻璃基沸石用于重金属污染土壤修复的研究
沸石被认为是最受欢迎的土壤改良剂之一，并且经常用于污染土壤的原位修复。但是天然沸石在实际的修复过程中展现出了一定的局限性，而商用沸石土壤改良剂都是用成本较高的纯化学试剂合成的，并且需要借助于无机的或有机的模板剂，这严重制约了沸石分子筛的大规模应用。而城市固废中的废玻璃具有的硅酸盐基础为沸石的合成提供了合适的元素分布，是一种具有潜力的前体材料。本研究即使用废玻璃为原料合成了人工沸石并且进行改性，研究了铅、镉和铬在改性沸石上的吸附特征，并在实际和自配污染土壤中进行了稳定化试验。本课题研究结果如下: (1)废玻璃经过高能球磨再在1mol/L的HNO3中处理48h后获得了SiO2纯度为93.35％的玻璃粉末。在反应条件为:NaOH浓度1mol/L，晶化温度90℃，晶化时间24h，搅拌速率100rpm，老化时间0.5h下，通过碱性水热反应合成了A型沸石。合成的人工沸石比表面积为30.8m2/g，SEM图像呈现出立方体形貌。并且在投加量5g/L，重金属初始浓度为100mg/L的条件下，对Pb、Cd和Cr三种重金属的去除率在60min后均可达到99％。采用壳聚糖对合成的人工沸石进行了改性，壳聚糖的负载改善了人工沸石的孔隙构造，改性后沸石比表面积达到76.07m2/g。 (2)通过静态吸附试验研究了Pb、Cd和Cr在改性沸石上的吸附特性。对于三种重金属而言，其吸附动力学均更符合伪二级动力学模型，理论饱和吸附量分别为192.678mg/g、202.429mg/g和165.289mg/g，与实测饱和吸附量基本一致;同时吸附过程更符合Freundlich吸附等温线模型。在多元体系下三种重金属对改性沸石的吸附竞争能力排序为:Pb＞Cr＞Cd，且竞争作用和抗拮作用共同存在。 (3)通过TCLP毒性浸出试验和改性BCR顺序提取法对白银地区实际污染土壤和自配污染土壤中Pb、Cd和Cr三种重金属的在修复前后的浸出浓度已经形态进行了研究。对于白银地区的实际污染土壤，修复后的最高改性沸石添加比例组别中Pb、Cd和Cr三种重金属的稳定化效率分别达到73.39％、83.77％和90.88％;而对于自配的污染土壤，修复后的最高改性沸石添加比例组别中Pb、Cd和Cr三种重金属的稳定化效率分别达到79.66％、87.00％和85.26％。根据土壤中重金属的形态分析结果，在向重金属污染土壤中添加改性沸石后，土壤中的重金属均呈现由高迁移性向低迁移性转变的趋势。 (4)利用修复前后的自配污染土壤进行了生物毒性评价试验。萌发的小麦种子培养发现，在修复后小麦种子体内的Pb、Cd和Cr三种重金属总量分别下降了79.29％、82.66％和98.99％，说明土壤中重金属的生物可利用性有明显降低。基于GM(1，1)模型的预测结果，自配土壤在90d后重金属的浸出浓度都将低于TCLP限值。 本研究制备的改性沸石通过土壤稳定化试验展现出了良好的修复效率，具有大规模应用的潜力。
土壤修复;废玻璃;人工沸石;重金属污染
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
邹德勋
2021
中文
X53
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）