BIOCHAR | 附磁制备的新型生物炭对土壤镉的吸附钝化机制
为了进一步提高生物炭对土壤中镉的钝化效果，近年来，学者们尝试在生物炭原料中添加各类化学试剂制备新型碳材料，优化生物炭的性能。但学者们主要把改性生物炭吸附效果的提高归因于生物炭表面含氧官能团种类的变化以及生物炭比表面积变化。本文在其他学者研究的基础上，制备了不同工况条件下的新型生物炭材料，并将其应用于镉污染土壤的修复，通过生物炭在溶液中的吸附实验和土壤中的钝化修复实验，研究生物炭对污染环境中镉的吸附效果，并探索新型生物炭钝化土壤镉的相关机制。
实验表明六种新型生物炭均能有效钝化污染土壤中的镉，减少小麦植株对土壤中镉的吸收。其中，改性制备的新型生物炭对镉的钝化效果更为明显。BM800培养的小麦地上部分的镉含量最低，为0.99 mg/kg，仅为空白培养的的21.7%；其培养的小麦地下部分的镉含量最低，为2.99 mg/kg，仅为空白培养的小麦地下部分的镉含量的25.6%。
图1 不同处理下小麦各组织中的镉含量
通过红外分析、SEM、XRD分析（图2、图3和图4），发现改性制备的新型生物炭中具有特殊的含铁结构，在热解制备过程中形成的铁氧化物（Fe3O4、γ-Fe2O3等）、含铁官能团（-Fe-R-COOH和Fe-R-OH等）以及晶体结构XiFeYjOk。而对处理镉污染土壤前后的新型生物炭的表征分析后发现，新型生物炭中的铁氧化物、含铁官能团以及晶体结构能与土壤中的镉发生反应，实现土壤中镉的钝化。
图2 不同生物炭处理镉前后的红外光谱图（FTIR）
图3 BC800、BM800、BM800-Cd的SEM图
图4 不同生物炭的X射线衍射图（XRD）
本研究改性制备了新型生物炭，探究了其对土壤镉的吸附钝化效果，同时探究了其固定镉的相关机制，为镉污染土壤的修复提供有力的理论依据。近期以“Study on principles and mechanisms of new biochar passivation of cadmium in soil”在线发表于生物炭研究领域国际权威期刊BIOCHAR 。论文第一作者为华中农业大学资源与环境学院张锦钰硕士，通讯作者为华中农业大学资源与环境学院谭中欣教授。该研究工作由华中农业大学资源与环境学院独立完成，得到国家重点研发项目（2018YFD0800703）和国家自然科学基金（41571283）等项目联合支持。
论文链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s42773-021-00088-0