微/纳米结构硅藻土对土壤中Pb的固定及其微观机理研究

The accumulation of heavy metal in soils cause the environment pollution, and harm human health via soil-crop transfer. The remediation materials decide the success of an in-situ remediation technology. Morphologies, structure and surface state of the repair materials have obvious influences on their adsorption efficiency and stability. This study prepares micro-nanostructured diatomite by the surface activation technology, and systematically investigate the immobilization capacity of Pb by micro-nanostructured diatomite under different prepared condition (acid concentration and cavitation strength) and environmental condition (pH value in solution and coexisting ions), and make sure the method of effectively activating natural diatomite and enhancing its surface activity. Secondly, the immobilization efficiency and stability of micro/nanostructured diatomite on Pb are ascertained using the soil cultivation experiment. Finally, advanced surface analysis technology, such as X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Scanning/transmission electron microscopy were used to characterize the variation in structure properties of micro/nanostructured diatomite before and after experimented with Pb, and illuminate the interface mechanism of lead immobilization by micro/nanostructured diatomite through obtaining repair material from soil using the methods of package extraction and purification extraction. We also explore the relationship between the structure and surface properties of micro/nanostructured diatomite and adsorption properties (capacity and stability). Research results will provide the practical theory basis for the development of low cost, high efficiency, stable and environment friendly materials for soil pollution remediation.

土壤重金属铅（Pb）不仅会导致环境污染，也会影响人体健康。修复材料是土壤重金属原位钝化技术应用成败的关键，而修复材料结构和表面性质会显著影响其对土壤重金属固定的有效性和稳定性。本研究首先利用表面性能活化技术制备微/纳米结构硅藻土，研究制备条件（酸化浓度、空化程度）和环境条件（溶液pH值、共存离子等）对其吸附Pb的影响，明确活化天然硅藻土、增强其表面活性的最佳方法。其次，通过土壤模拟培养试验，明确微/纳米结构硅藻土对Pb固定的有效性和稳定性。最后，利用X射线衍射、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、扫描/透射电镜等表面分析手段，通过从土壤中包施提取和纯化提取修复材料的方式，揭示修复材料在Pb固定前后的结构性质变化，阐明Pb在微纳/米结构硅藻土界面上的作用机制，探讨微/纳米硅藻土的结构、表面性质与其负载量和稳定性之间的关系。本研究为开发低成本、高效、稳定和环境友好的土壤修复材料提供实践理论依据。

土壤重金属铅（Pb）不仅会导致环境污染，也会影响人体健康。修复材料是土壤重金属原位钝化技术应用成败的关键，而修复材料结构和表面性质会显著影响其对土壤重金属固定的有效性和稳定性。本研究利用表面性能活化技术制备微/纳米结构硅藻土，明确制备条件（酸化浓度、空化程度）和环境条件（溶液pH值、共存离子等）对其吸附Pb的影响，明确活化天然硅藻土、增强其表面活性的最佳方法。其次，通过土培和田间试验 ，明确微/纳米结构硅藻土对Pb固定的有效性和稳定性。研究结果表明，随着钝化剂施用量和钝化时间的增加，土壤有效态Pb浓度不断降低；土壤中CaCl2提取Pb的减少幅度范围为59.6%-70.7%，土壤TCLP提取Pb减少幅度的范围为39.8%-69.3%。最后，利用X射线衍射、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、扫描/透射电镜等表面分析手段，通过从土壤中包施提取和纯化提取修复材料的方式，揭示修复材料在Pb固定前后的结构性质变化，阐明Pb在微纳/米结构硅藻土界面上的作用机制，探讨微/纳米硅藻土的结构、表面性质与其负载量和稳定性之间的关系。.本研究成果，获得“安徽省科技进步奖”三等奖1项（第一完成人）；争取“安徽省自然科学基金杰青项目”（主持）1项、“安徽省重点研究和开发计划项目”（主持）1项，“技术服务项目”（主持）2项，参与“安徽省科技重大专项项目”1项；发表SCI论文 3篇，EI论文1 篇，中文核心期刊论文1 篇；申报了国家发明专利6项，其中，授权3项；获得安徽省新品种认定1项；授权实用新型专利5项，授权软件著作权3项。本团队被评定为“安徽省领先团队”；获批安徽省农科院“农业重金属污染防控重点实验室”。团队引进博士工作人员1人，硕士工作人员2人，晋升副高级职称1人。本研究成果，为开发低成本、高效、稳定和环境友好的土壤修复材料提供实践理论依据。