生物炭钝化修复镉、铅、铜和砷污染土壤的研究进展

生物炭对铜、铅、镉复合污染土壤的修复效果唐行灿;陈金林;张民【摘要】将玉米秸热解制备的生物炭施入铜、铅、镉复合污染土壤,通过土壤培养实验和小白菜盆栽实验,探究热解温度(400、700℃)和施加量(1％、2％、5％)对生物炭修复重金属污染土壤效果的影响.结果表明,施加400℃生物炭(BC400)和700℃生物炭(BC700)后土壤pH分别增加0.14～0.52和0.27～0.78.施加两种生物炭均可以使土壤重金属形态钝化,降低小白菜对重金属的吸收;而且生物炭施加量越大,效果越明显.对重金属生物有效性降低的改良效果顺序为BC700＞BC400.在生物炭施加量相同的情况下,BC400处理小白菜可食部干重大于BC700处理.同时,相对于施加量5％的BC700处理,施加5％的BC400能更明显地增加土壤微生物的生物量.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2014(041)012【总页数】5页(P67-71)【关键词】生物炭;重金属复合污染土壤;重金属生物有效性;小白菜【作者】唐行灿;陈金林;张民【作者单位】南京林业大学森林资源与环境学院,江苏南京210037;南京林业大学森林资源与环境学院,江苏南京210037;山东农业大学资源与环境学院,山东泰安271018【正文语种】中文【中图分类】X53目前，我国土壤重金属污染非常严重[1]。

据国家环境保护部统计,每年因重金属污染的粮食达1 200万t,造成的直接经济损失超过200亿元。

2011年2月国务院正式批复《重金属污染综合防治“十二五”规划》,强调要切实加强重金属污染防治。

生物质在完全或部分缺氧的条件下低温热解产生的固体残渣称为生物炭。

生物炭大多呈碱性，多孔，容重小，比表面积大，吸水、吸气能力强，不仅具有高度的芳香化、物理的热稳定性和生物化学抗分解性，还具有较高的表面负电荷量以及高电荷密度的特征，并含有一定的矿质养分[2]。

自从1963年Hilton等[3]观察到土壤中生物黑炭对非草隆等农药的良好吸附效果之后，关于生物炭对污染物质在土壤环境中的迁移、归趋以及生物有效性影响的研究一直是热点。

生物炭固定化微生物钝化土壤重金属镉效果研究与机理初探生物炭固定化微生物钝化土壤重金属镉效果研究与机理初探摘要：土壤重金属污染对环境和人类健康造成了严重威胁。

本研究通过添加生物炭并引入特定微生物菌株，初步探索了生物炭固定化微生物钝化土壤重金属镉的效果及其机理。

结果表明，生物炭的添加能够有效提高土壤的镉稳定性，并且微生物菌株的引入进一步提升了镉的固定化效果。

此外，SEM和XRD分析结果显示，生物炭作为吸附剂可与镉形成稳定的结合物，从而降低镉的生物有效性。

实验结果揭示了生物炭固定化微生物钝化土壤重金属镉的潜力，为进一步开发土壤修复技术提供了参考。

关键词：生物炭；微生物菌株；土壤重金属镉；固定化；机理1. 引言土壤重金属污染严重影响了土壤环境的质量，对人类健康和生态系统产生了重大威胁。

镉是一种常见的土壤重金属污染物，由于其毒性较大且生物有效性高，对生物体造成严重危害。

传统的土壤修复技术包括物理、化学和生物修复方法，然而这些方法存在一些局限性，如高成本、长周期和对环境的二次污染等。

因此，寻找一种有效且可持续的土壤修复技术具有重要意义。

生物炭是一种由有机废弃物经过热解或氧化处理得到的碳质材料。

生物炭具有良好的吸附性能和环境友好性，被广泛用于土壤改良和环境修复领域。

此外，一些微生物菌株对土壤中的重金属具有很强的固定和转化能力。

基于以上背景，本研究旨在通过将生物炭与特定微生物菌株结合，探索生物炭固定化微生物钝化土壤重金属镉的效果与机理。

2. 材料与方法2.1 实验材料实验采用的生物炭为某草木炭厂生产的秸秆生物炭，微生物菌株为镉胁迫条件下培养的镉耐受菌株。

2.2 实验设计将试验土壤分为对照组和处理组，对照组仅添加相同量的水，处理组分别添加不同浓度的生物炭和微生物菌株，共设5个处理组（15 g生物炭/ 火炭添加方法，50 mL的微生物菌株悬浮液）。

每个处理组设置3个重复。

2.3 样品分析方法收集处理后的土壤样品，通过ICP-OES仪器测定土壤中镉的含量。

工 作 研 究农业开发与装备 2019年第3期摘要：随着我国工业化进程的逐步加快，重金属污染日益严重，其具有生物相容性、高毒性、不可降解性以及持久性等特点，治理周期长、成本高以及难度大，生物炭活性基团丰富、比表面积大，在重金属修复中具有良好效果。

本文主要针对生物炭修复重金属污染土壤的研究进展进行分析和探究，希望给予我国相关领域以些许参考和借鉴。

关键词：生物炭；重金属污染土壤修复；研究进展在工业化发展进程下，土壤污染已经成为困扰居民健康和社会发展的重要原因，重金属作为土壤污染的主要形式，其来源于工业排放、采矿、冶炼、化工、农药化肥以及汽车尾气，通过径流、降尘等方式对土壤形成污染。

重金属污染治理难度较大，无法通过生物法或者化学法进行降解，在进入食物链后容易导致人类出现中毒情况，例如铬中毒会出现恶心、腹泻以及头疼等病状，危害人们身体健康。

采用生物炭可以有效治理重金属污染土壤，缓解以及减少其对人类和环境的毒害和污染，有助于实现社会生产和生态环境的协同发展。

1　生物炭性质1.1　元素组成组成生物炭的元素较多，其中主要包括 N、O、H、 C等，其中碳元素含量为80％左右。

生物炭成分为芳香类以及烷基类物质，在高温环境下，其中的P、C元素含量持续升高，通过限氧裂解法进行秸秆生物炭制备，其中灰分含量较高，有机碳含量较低。

1.2 pH值通过试验对水稻和淤泥的灰分含量进行测定后可以发现，将生物炭掺入到土壤中，可以提升土壤pH值，进而起到改良土壤性能的作用。

将酒糟生物炭掺入到酸性土壤中，在提升土壤PH值的同时，还可以降低其中的重金属含量，将其转化为固体残渣，有助于缓解土壤重金属污染。

中性以及碱性土壤不能使用含有生物炭的肥料，会导致土壤出现肥力下降以及板结等情况，对于酸性土壤需要适当使用生物炭进行pH值调节，进而提升土壤肥力。

1.3　比表面积生物炭表面呈现多孔以及多疏松结构，致使其比表面积较大，并且与热解温度具有密切关系，如果在高温环境下，生物炭中的含氧官能团会不断增加，进而导致生物炭表面呈现多孔结构，化学结构较为稳定，为吸附重金属和微生物生存提供了优质环境。

生物炭在土壤重金属和有机物污染修复中的应用研究进展作者：梁慧李如美朱钰晓刘同金李瑞娟房锋来源：《安徽农业科学》2024年第06期摘要土壤中重金属和有机物污染既造成巨大经济损失，又严重威胁人类健康。

生物炭作为来源广泛、制备简单，比表面积大、表面官能团丰富、孔隙结构发达的材料，被广泛应用于农业、生态修复和环境保护领域。

从生物炭的来源与制备工艺、对污染物的吸附机理、影响因素以及在土壤重金属和有机物污染修复中的应用现状等方面进行了综述，同时对生物炭材料在土壤污染修复中的研究重点进行了展望，为生物炭在土壤污染修复中的应用提供参考。

关键词生物炭；重金属；有机物；土壤修复中图分类号 X 53 文献标识码 A文章编号 0517-6611（2024）06-0017-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.004开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Research Progress of Biochar for Remediation of Heavy Metal and Inorganic Pollutant in Soil LIANG Hui，LI Ru-mei，ZHU Yu-xiao et al（Institute of Plant Protection，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan，Shandong 250100）Abstract The pollution of heavy metals and organic matter in soil not only causes huge economic losses，but also seriously threatens human health.Biochar is widely used in agriculture，ecological restoration and environmental protection because of its wide range of raw materials，simple preparation method，large specific surface area，rich surface functional groups and developed pore structure.In this paper，the source and preparation technology of biochar，the adsorption mechanism of pollutants，the influencing factors and the application status of biochar in soil heavy metal and organic pollution remediation were reviewed.at the same time，the research focus of biochar materials in contaminated soil remediation was prospected，in order to provide reference for the application of biochar in soil pollution remediation.Biochar is widely used in agriculture，ecological restoration and environmental protection because of its wide range of raw materials，simple preparation method，large specific surface area，rich surface functional groups and developed pore structure.In this paper，the source and preparation of biochar，the adsorption mechanism of pollutants，the influencing factors and the application status of biochar in soil heavy metal and organic pollution remediation were reviewed.Finally，the research focus of biochar materials in contaminated soil remediation was prospected，in order to provide reference for the application of biochar in soil pollution remediation.Key words Biochar;Heavy metal;Organic pollutants;Soil remediation随着现代工农业生产的快速发展，大量的无机、有机类污染物进入土壤环境中。

生物质炭对铅锌复合污染土壤修复机理的研究
生物质炭是一种由生物质经过热解或焦化制备而成的炭质材料。

近年来，研究人员发现生物质炭在土壤修复领域具有良好的应用潜力，尤其对铅锌复合污染土壤的修复有显著效果。

本文将介绍生物质炭在铅锌复合污染土壤修复中的机理。

生物质炭本身具有大量的孔隙结构，可以提供良好的物理支撑作用。

孔隙结构可以增加土壤的通气性和透水性，促进土壤微生物的活动和有机质的分解。

孔隙结构还能够吸附污染物，如铅和锌离子，并阻止其进一步迁移和转化。

研究发现，生物质炭对铅和锌的吸附能力较强，可以有效地减少土壤中的可溶性铅锌浓度。

生物质炭还含有丰富的有机质和微生物。

有机质可以提供养分和能量，促进土壤微生物的繁殖和活动。

微生物在土壤中起着重要的生态功能，如有机物的分解和转化、污染物的降解等。

铅锌复合污染土壤中的微生物活性通常较低，土壤微生物群落结构也发生了变化。

生物质炭的引入可以为土壤提供更多的有机质和微生物，促进土壤微生物的恢复和活性的提高。

研究发现，在生物质炭处理的土壤中，土壤微生物群落结构恢复较快，相关土壤酶活性也有所提高，从而促进了土壤中铅和锌的降解和转化。

生物质炭还能够改善土壤的理化性质。

研究发现，生物质炭可以增加土壤的pH值，并提高土壤的离子交换能力。

这些改变可以促进土壤中铅和锌的形态转化和迁移。

高pH值可以促进铅锌离子的沉淀和结晶，降低其毒性。

离子交换能力的提高也有利于土壤中吸附态铅锌的释放和固定态铅锌的解吸，促进了土壤中铅锌的形态转化和迁移。

砷污染土壤原位钝化材料修复效果及机制的研究进展砷是一种常见的污染物，存在于土壤、水体和大气中。

由于其毒性和潜在的健康风险，砷污染引起了广泛关注。

砷的主要污染源包括煤矿开采、燃煤、农药使用、矿山废水以及工业废水排放等。

砷污染对环境和人类健康造成了严重的影响，因此修复砷污染土壤成为了一项紧迫的任务。

一、原位钝化材料的选择及应用原位钝化材料是指在砷污染土壤中直接添加一定的钝化剂，通过与砷形成稳定的化合物或络合物，降低砷的毒性和迁移性，从而实现土壤修复的目的。

目前常用的原位钝化材料包括磷酸盐、氧化铁、硫化物、有机物质等。

这些材料能够与土壤中的砷形成稳定的络合物或沉淀物，降低砷的活性，减少其在土壤中的迁移和生物有效性。

原位钝化材料的选择应根据具体的砷污染土壤特点进行。

对于酸性土壤中的砷污染，磷酸盐类材料可以有效与土壤中的砷形成难溶的磷酸盐矿物，从而减少砷的活性；对于中性或碱性土壤中的砷污染，氧化铁或硫化物类材料则更为适用。

原位钝化材料的应用方式也包括直接撒布在土壤表面、混合拌入土壤中以及喷洒到土壤表面等多种方法。

二、原位钝化材料修复效果研究表明，原位钝化材料在砷污染土壤修复中具有良好的应用效果。

一些实验研究发现，利用磷酸盐类材料进行原位钝化处理后，土壤中砷的生物有效性显著降低，对植物和土壤生物的毒性也得到了明显减轻。

一些野外修复实践也证实了原位钝化材料在砷污染土壤修复过程中的有效性，土壤中砷的浓度和迁移性明显下降，修复效果较为显著。

原位钝化材料在修复砷污染土壤中的机制是多方面的，涉及到物理、化学和生物等多个层面的过程。

通过深入研究原位钝化材料的修复机制，可以更好地指导其在砷污染土壤修复中的应用，并为其进一步的优化和改进提供科学依据。

四、原位钝化材料的发展趋势1. 新型原位钝化材料的研发。

目前已有一些原位钝化材料被证实在砷污染土壤修复中具有良好的效果，但也存在着一些局限性，如应用范围有限、持久性不够等。

需要进一步研发新型的原位钝化材料，以满足不同土壤类型和砷污染程度的修复需求。

孙　远，陈　敏，周育智，等．改性生物炭对镉砷复合污染土壤的修复研究进展［Ｊ］．江苏农业科学，２０２４，５２（２）：１－１１．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２４．０２．００１改性生物炭对镉砷复合污染土壤的修复研究进展孙　远１，２，陈　敏２，３，周育智１，４，丁佳敏２，周　海１，２，牛经纬１，陈孝杨１，４（１．安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南２３２００１；２．浙江大学台州研究院，浙江台州３１８０００；３．安徽理工大学安徽省院士工作站，安徽淮南２３２００１；４．安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室，安徽淮南２３２００１） 摘要：土壤镉砷复合污染已成为一个严重的环境问题，由于镉砷具有相反的化学性质，运用生物炭修复镉砷复合污染土壤效果不佳，而改性生物炭在修复镉砷复合污染土壤方面取得了显著的成果。

本文介绍了生物炭制备的方法与理化性质，总结了生物炭修复单一镉、砷污染的效果与机理，并阐述了生物炭处理复合污染的不足和难点。

重点综述了改性生物炭的制备方法及理化性质，改性生物炭修复土壤镉砷复合污染的影响因素，以及改性生物炭处理镉砷复合污染的效果与机理。

与原始生物炭相比，改性生物炭对镉砷具有更高的吸附性能，在复合污染土壤修复中表现出明显优势。

但是，改性生物炭的回收问题尚未完全解决，解吸再生和老化问题需要深入研究，改性生物炭仍具有广大的研究和发展前景。

关键词：生物炭；钝化剂；镉砷复合污染；原位修复；影响因素；修复机理 中图分类号：Ｘ５３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２４）０２－０００１－１０收稿日期：２０２３－０３－１４基金项目：国家自然科学基金（编号：４１５７２３３３）；安徽省绿色矿山工程研究中心开放基金课题。

作者简介：孙　远（２０００—），男，安徽蚌埠人，硕士研究生，主要从事土壤重金属稳定化材料研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：２０２２２０００６７＠ａｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。

区域治理环境治理与发展关于生物炭对重金属污染土壤修复的研究进展张林1　王蕾2　张华一2　王鹏2　池帛洋21.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江　哈尔滨　1500302.黑龙江省环境保护厅垦区环境保护局，黑龙江　哈尔滨　150036摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。

目前，已经有一些企业开始探索利用森林和地质储存的生物炭开展经济活动，推广生物炭的应用对于降低土壤中的重金属含量、植物体内的重金属含量是有效途径之一。

本文就生物炭对重金属污染土壤修复的研究进展展开探讨。

关键词：生物炭；土壤；重金属生物炭是在氧气限制条件下高温热分解生物产生的一种富含碳、细粒度、多孔的材料。

具有表面吸附作用，能对土壤中重金属生物有效性和迁移性产生影响，其价廉、环保等优点，在处理土壤重金属方面得到诸多关注。

一、生物炭作用原理科学界研究生物炭对重金属土壤修复成果显示，来源和制备温度不同生物炭修复受重金属污染土壤的能力不同，不同类型重金属对生物炭有不同响应，使得生物炭对重金属污染土壤修复效果存在差异[1]。

生物炭研究主要通过两个方面进行：一探究生物炭协同重金属污染物在土壤中迁移过程，即生物质的作用原理，二研究影响生物质在土壤中迁移的因素，如：离子强度、pH值。

研究发现：生物炭的使用，使重金属污染物在土壤毒性和有害性降低，通过表面吸附作用和分配作用将重金属固定在土壤中，使得农作物减少对重金属吸收，从而降低有害重金属生物毒性。

二、土壤重金属污染的现状在工业加快发展的背景下，大量工业废弃物和工业肥料进入土壤，产生了一系列环境污染问题，土壤和地下水均有不同程度的污染，近几年出现一系列蔬菜中残留化学农药、大米重金属含量超标等问题直接威胁到人类健康和生命，因此土壤重金属污染问题亟待解决。

据统计，中国每年受土壤重金属污染的粮食有1200万t，每年因粮食问题造成约200亿元人民币的损失。

由于重金属具有累积性、不可逆性和长期性，如果不能及时治理，会影响土壤中微生物活动，会造成重金属在植物体内积累，通过摄入进入人体，因此加快治理刻不容缓。

生物炭对土壤重金属污染修复研究【摘要】本文主要对生物炭在土壤重金属污染修复中的研究进行了探讨。

首先介绍了生物炭的性质及制备方法，接着分析了土壤重金属污染的情况和生物炭在修复中的作用机制。

然后对生物炭对不同重金属元素的修复效果进行了讨论，进一步探讨了影响生物炭修复效果的因素。

结论部分指出生物炭在土壤重金属污染修复中具有潜在的应用前景，并展望了未来研究的方向。

通过本文的综合研究，可以为解决土壤重金属污染问题提供一定的理论基础和实践指导。

【关键词】生物炭，土壤重金属污染，修复研究，性质，制备方法，作用机制，修复效果，影响因素，应用前景，研究展望1. 引言1.1 研究背景近年来，随着工业化的快速发展，土壤重金属污染问题日益严重。

重金属污染不仅影响了土壤的肥力和生态环境，还对人类健康造成了严重威胁。

研究和发展有效的土壤修复方法成为了迫在眉睫的任务。

生物炭在土壤重金属污染修复中的作用机制和效果还存在许多未知之处，需要进一步深入研究。

本文旨在系统总结生物炭在土壤重金属污染修复中的应用情况，探讨其作用机制和修复效果，为解决土壤重金属污染问题提供科学依据和技术支持。

1.2 研究目的为了解决土壤重金属污染对环境和人类健康造成的影响，本研究旨在探讨生物炭在土壤重金属污染修复中的应用效果及机制。

具体目的包括：1.分析生物炭的性质及制备方法，以确定最适合修复土壤重金属污染的生物炭种类和制备工艺；2.调研土壤重金属污染的情况，明确不同土壤类型和污染程度对修复效果的影响；3.研究生物炭在土壤重金属污染修复中的作用机制，探讨其与重金属元素的相互作用机理；4.评估生物炭对不同重金属元素的修复效果，比较不同重金属元素的吸附与还原能力；5.探讨影响生物炭修复效果的因素，包括生物炭用量、土壤pH、温度、湿度等因素的影响；6.展望生物炭在土壤重金属污染修复中的应用前景，提出未来研究方向，为环境保护和人类健康提供科学依据。

2. 正文2.1 生物炭的性质及制备方法生物炭是一种碳质材料，具有多孔、高比表面积、负电性等特点。

生物炭对土壤重金属污染修复研究一、重金属对土壤的危害土壤中的重金属主要包括铅、镉、铬、汞、锌等元素，它们具有较高的密度和较强的毒性。

重金属的来源主要有工业废气、废水、废渣和农药等，其中最主要的污染源包括工业排放和废弃物填埋场。

重金属通过大气沉降、水体渗漏等途径进入土壤，并在土壤中长期积累，导致土壤污染。

重金属对土壤的危害主要表现在以下几个方面：1. 影响作物生长：重金属对植物的吸收和生长有明显的抑制作用，从而影响农作物的产量和质量。

2. 危害人体健康：通过食用受污染的农作物或直接接触受污染的土壤，人体易受到重金属中毒的危害，长期暴露于重金属污染土壤环境中，可能会导致多种慢性疾病。

3. 损害生态环境：重金属对土壤微生物和土壤动植物的生存环境产生损害，影响土壤生态系统的平衡和稳定。

解决土壤重金属污染问题并恢复土壤生态系统的功能具有重要的理论和实践意义。

二、生物炭的性质和制备方法生物炭是一种碳质吸附剂，是通过高温热解生物质制备而成的。

生物质主要包括木质纤维、麦秸、稻壳等，经过热解生物质可得到生物炭制品。

生物炭具有多孔结构，比表面积大，吸附能力强，稳定性高，对土壤具有良好的改良效果。

生物炭的制备主要包括碳化、炭化和激活等过程，其中碳化是关键步骤，通过控制热解温度和时间可以调节生物炭的孔隙结构和化学性质。

三、生物炭的修复机制生物炭对土壤重金属污染的修复机制主要包括吸附、离子交换和pH调节等作用。

1. 吸附作用：生物炭具有丰富的孔隙结构和大量的功能基团，能够吸附土壤中的重金属离子，减少其在土壤中的活性，降低重金属的生物利用性。

2. 离子交换作用：生物炭中的功能基团可以与土壤中的离子发生交换反应，使得土壤中的重金属形成难溶的化合物，减少其在土壤中的迁移和转化。

3. pH调节作用：生物炭的施用可以调节土壤的pH值，使土壤呈现中性或碱性，降低土壤中重金属的溶解度和有效性。

生物炭对土壤重金属污染的修复作用是通过其强大的吸附能力和离子交换作用来实现的，可以有效减少土壤中重金属的活性和毒性。

115--农业经济•专题综述　DOI:10.16498/ki.hnnykx.2019.006.031土壤是人类生存和社会发展不可或缺的自然资源，也是农业生产的重要基础。

然而，随着工业化、城市化的飞速发展，我国土壤污染问题日益严峻，其中重金属对土壤造成的污染问题最为突出。

重金属是一类具有毒性和潜在危险性的污染物，可在土壤和生物体内富集，当其浓度积累到一定的程度时，不仅会导致土壤质量退化、农作物产量下降，甚至可能进入食物链危害人类的生命健康和安全[1]。

据资料统计，我国已有超过1 000万hm 2的土壤正在遭受重金属污染。

因此如何消除土壤中重金属的污染已经成为科学家们研究的难点和热点领域。

目前，除了传统的物理、化学、生物修复方法之外，生物炭作为一种新型吸附材料，在废水处理和污染土壤修复等环保领域展现出巨大应用潜力[2]。

生物炭是由生物质（如木材、农业废弃物、植物组织或动物废弃物）在缺氧或无氧情况下，经高温慢热解（一般＜700℃）产生的一类难溶、稳定、高度芳香化、富含碳素的黑色蓬松状固态物 质[3]。

笔者着重以近年来土壤和环境科学领域围绕生物炭吸附土壤中重金属所获得的研究成果为基础，对生物炭的基本结构和特征、生物炭对土壤中重金属的吸附机理以及影响生物炭吸附的因素、生物炭对土壤重金属吸附有效性的影响等方面进行综述，并提出生物炭吸附土壤中重金属的重点研究方向以及展望。

1　生物炭的基本构造和特性与活性炭等传统的吸附材料相比，生物炭的结构中含有大量地稳定性强的熔解芳香族基团。

并且其灰分中含大量的强碱性金属矿物质，此外，生物炭具有丰富的比表面积和空隙结构[4]。

往土壤中添加生物炭，不但可以改善土壤理化性质，防治土壤中的重金属和一些污染物质富集；还可以使土壤中有机物的含量增加，有效地保留住土壤中的水分和营养成分，从而增强土壤肥沃力[5]。

1.1　主要元素组成碳、氢、氧是生物炭的重要组成元素，其中碳的 生物炭修复重金属污染土壤的研究进展  张　拓1，王浩然1，廖万山1，刘晓英1，张思翰2 （1. 西华师范大学 环境科学与工程学院，四川 南充 637009；2. 中国冶金地质总局地球物理勘查院，河北 保定 017000）摘　要：生物炭稳定材料有巨大修复潜力，由于其稳定性强、修复效率高、绿色环保等特点成为当前土壤重金属修复的一大研究热点。

蚕沙生物炭混施不同铁基材料对土壤镉、铅、砷钝化修复效果研究镉、铅、砷都是典型的土壤重金属,土壤体系中经常存在这种复合重金属污染的情况,使生态环境和人体健康受到潜在的威胁。

生物炭(Biochar,BC),因其具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的含氧官能团,这些特点使得生物炭对重金属有较大的吸附能力,成为土壤重金属修复方面的研究热点。

铁基材料对重金属的钝化作用也逐渐被人们所重视。

本研究选择水稻土为研究对象,以蚕沙生物炭(BC)、硫酸亚铁(FeS04)、氯化铁(FeC13)、还原铁粉(Fe)和纳米铁(纳米Fe)为研究材料,进行室内土培试验。

研究不同培养时间(7d、14d、28d和56d)下,BC配施铁基材料对土壤镉、铅、砷化学形态的影响,并从土壤理化性质、酶活性和土壤结构变化角度初步探讨了不同处理钝化修复的机理,以期探明蚕沙生物炭和铁基材料钝化修复重金属复合污染土壤的可行性及其机理。

主要研究结果如下:1)施加钝化剂的处理均能降低土壤重金属的有效性,钝化效果明显。

综合看来,(BC+FeS04)处理对Cd、Pb、As的钝化效果最好。

与对照相比,(BC+FeS04)处理使有机和硫化物结合态和残渣态Cd含量增加了 40.90%,离子交换态和碳酸盐结合态Cd含量降低了 28.44%;有机和硫化物结合态和残渣态Pb含量增加了 23.51%;有机和硫化物结合态和残渣态As含量增加了 1.89%,离子交换态和碳酸盐结合态As含量降低了 10.81%。

2)不同处理均能通过改变土壤性质(pH值和CEC)从而改变土壤中Cd、Pb、As的化学形态。

不同处理下土壤pH值和CEC均有所增加。

培养结束(56 d)时,土壤pH值与对照相比显著增加了 1.65~2.01个单位,(BC+Fe)处理土壤pH值增加最多;CEC与对照相比增加了 2.01~2.58 cmol·kg-1,(BC+Fe)处理 CEC 增加最多。

3)随着培养天数的增加,不同处理土壤脲酶活性基本处于上升的趋势,在56 d达到最高值。

改性生物炭对土壤重金属污染修复研究进展作者：夏婷婷宋玮华来源：《农业灾害研究》2020年第06期摘要在土壤重金属污染日渐加重背景下，改性生物炭技术得到了持续研究，用于增强生物炭对土壤重金属离子的吸附效果。

而巯基改性材料的应用，能够通过不同改性方式将活性官能团嫁接在生物炭材料表面，使材料获得良好吸附性能。

通过开展巯基改性生物炭对土壤重金属污染修复实验发现，可以降低土壤pH，增加土壤有机质含量，使土壤中镉离子降幅达到39%，通过使重金属从碳酸盐态向铁/锰氧化物结合态转化获得良好土壤修复效果。

关键词改性生物炭;土壤重金属污染;土壤修复中图分类号：X53 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2020）06–0–02DOI：10.19383/ki.nyzhyj.2020.06.064在土壤重金属污染修复方面，生物炭具有来源广、孔隙度高和富含丰富官能团等特点，可以通过物理和化学方式对重金属形态进行改变，从而使重金属的迁移得到抑制，取得理想的修复效果。

但原始生物炭吸附能力有限，还要通过改性方法实现性能优化，促使其产生更高比表面积和更多官能团，获得较强土壤污染修复能力。

从现有研究来看，改性生物炭的修复机理已经得到掌握，关键在于如何通过选择适合改性方法使生物炭的修复效果得到增强。

1 土壤重金属污染现状工业生产的大规模开展使得大量重金属随着废水、固体废弃物进入环境，使土壤受到了严重污染。

目前，镉、镍、铜、砷等都属于常见土壤污染物，将通过采矿、施肥等活动进入土壤，并在土壤中长期存在。

因为土壤重金属污染不仅较为隐蔽，同时也具有无法降解和逆转的特点。

在污染浓度较高的情况下，将给生态系统和人类健康带来较大危害。

目前，中国因采矿已经造成超150万 hm2土地变为荒地，且每年以4.67万 hm2的速度增长。

采矿过程中产生的废水、废气等，将导致大量重金属元素进入大气环境、水环境和土壤环境中，并出现明显积累，引发较高生态风险。

砷污染土壤原位钝化材料修复效果及机制的研究进展砷污染土壤是当前环境领域的一个全球性问题，而砷的高毒性和强致癌性更是给人们的生活带来了巨大的健康风险。

寻找一种高效、低成本的治理方法成为了当前环境科学领域的一个研究热点。

原位钝化材料修复技术由于其操作简便、成本低廉、对土壤质地适应性强等优点，成为了当前砷污染土壤修复的研究热点之一。

本文将从原位钝化材料修复技术的研究进展以及修复效果及机制等方面展开综述。

1.原位钝化材料修复技术的研究进展原位钝化材料修复技术是通过添加适当的钝化剂来改变土壤中砷的化学形态，将其转变为难溶解或难移动的形态，从而减少对土壤中生物有效态砷的释放和迁移。

在过去的几年中，许多研究者对原位钝化材料修复技术进行了广泛的实验研究和理论探讨，取得了一系列丰硕的研究成果。

钝化剂的选择是原位钝化材料修复技术研究的关键。

目前常用的钝化剂包括氢氧化铁、氧化铁、磷酸盐等。

这些钝化剂通过吸附、沉淀等方式，能够有效地将土壤中的砷转化为不易迁移的化合物，从而减轻土壤中砷的生物有效性和毒性。

原位钝化材料修复技术的应用范围也在不断扩大。

除了传统的砷污染土壤修复外，该技术还可以应用于城市污染地区、矿山尾矿库、工业污染区等多种环境中。

一些新型的钝化材料，如纳米材料、功能化吸附剂等也逐渐被应用到原位钝化修复技术中，进一步提高了修复效果。

原位钝化材料修复技术在实际工程中也得到了广泛的应用。

已经有不少研究将该技术成功地应用于污染农田、水稻田等实际环境中，取得了一定的修复效果。

也应该注意到，原位钝化修复技术在不同环境条件下的适用性和实施效果仍需要进一步的研究和探讨。

原位钝化材料修复技术主要通过改变土壤中砷的化学形态来达到修复效果，其修复机制主要包括钝化剂的吸附沉淀作用、土壤微生物代谢过程、土壤环境因子对砷形态转化的影响等多个方面。

钝化剂的吸附和沉淀作用是原位钝化材料修复技术的核心。

研究表明，钝化剂可以与土壤中的砷形成沉淀物或表面络合物，将其转化为难溶解的形态，从而阻止或减缓砷的迁移和生物有效性。

生物炭的化学改性及其对镉污染环境修复进展摘要：近年来，改性生物炭作为一种新型高效的环境修复材料已成为研究热点，其中以化学改性研究最多，对镉污染环境具有良好的修复效果。

目前关于生物炭的改性仍处于实验室研究阶段，且大部分生物炭原料主要集中于植物生物质；目前对镉的吸附固定主要以静态研究为主；此外，改性后生物炭的稳定性及环境风险尚未可知。

关键词：生物炭；化学改性；镉污染；环境修复；进展分析1采用酸改性法酸改性法是指利用酸处理生物质或直接处理生物炭进行改性，可以使生物炭的比表面积和含氧官能团发生变化来提高其吸附能力，改性剂包括HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4等。

例如，科研人员发现，经HNO3改性后生物炭微孔结构增多、比表面积增大，在盆栽实验中施用后，大豆籽粒中的镉含量显著下降。

科研人员将不同热解温度下制备的松木屑生物炭Ps以1:1的固液比浸渍在H3PO4溶液中，制备得到的改性生物炭相较于改性前，其比表面积显著增大，表面的羧基和羟基数量增加、负电荷增多，对溶液中Cd2+的吸附量是改性前的4～13倍。

科研人员以3种稻草生物炭为原料，HNO3/H2SO4混合物为改性剂，通过浸渍法制备复合酸改性稻草生物炭，3种改性生物炭表面羧基官能团分别增加了1.30倍、2.26倍、1.42倍；在pH=5时，对溶液中Cd2+的吸附容量分别增大1.80倍、1.57倍、2.03倍。

酸改性法利用酸的氧化性除去生物炭表面杂质，且使一些细小微孔结构被疏通，增大了生物炭的比表面积并提供更多吸附位点，同时在生物炭表面引入更多的酸性官能团，通过离子交换和络合作用来提高生物炭的吸附能力。

但该方法成本较高，而且大部分酸氧化性高、危险性大；改性是因为pH可能低于零度电荷，会减少生物炭表面负电荷，不利于对Cd2+的吸附；改性后易产生废酸溶液，具有造成二次污染等风险。

2采用碱改性法碱改性法指利用碱处理生物质或直接处理生物炭进行改性，以改变生物炭的比表面积以及表面官能团的种类和数量来提升生物炭的吸附性能，常用的碱改性剂有KOH和NaOH等。

DOI:10.16498/ki.hnnykx.2016.04.034近十年来，随着社会工农业的快速发展，重金属在工业生产中得到了广泛应用。

由于工业废弃物的排放和不合理的农业管理措施，导致农田土壤重金属污染现象日益严重[1]。

“三废”、污灌及农药化肥等均可以成为土壤重金属污染源头[2]，而土壤是我们生活生产必不可少的自然资源和粮食安全的基础保证。

迄今为止，受到不同程度重金属污染的土壤已经到达2 000万hm2，其中镉（Cd）、铅（Pb）污染较为突出[3,9]。

每年因为重金属污染而引起的粮食减产高达1 000万t，被污染的粮食超过1 200万t[4]，土壤重金属污染直接威胁着人们的粮食安全和农业的可持续发展[5]。

过量重金属Pb、锌（Zn）、Cd、铜（Cu）可以引起植物生理功能紊乱、营养失调，污染谷物，通过食物链富集到人体，给人体健康带来安全隐患[6-7]。

其中， Cd是一个能导致骨痛病的有毒化学元素，且水稻被认为是Cd吸收最强的大宗谷类作物[8]，如果人类长期食用Cd污染超标大米，Cd进入人体后，形成的镉硫蛋白会随着血液循环蓄积到肾脏、肝脏器官中，从而引起脏器功能衰竭[9]。

Cd在生物圈中微量存在，地壳中Cd的平均含量为0.15~0.20 mg/kg，空气中为0.002~0.05 μg/m3[10]。

由于自然环境变化和人类生产活动，Cd的释放量和土壤Cd的可溶性不断增加，生物圈中Cd将通过食物链对人类的健康造成潜在的危害，土壤重金属污染治理问题亟待解决[11]。

目前，Cd污染土壤的修复处理主要可以分为两大类：（1）改变Cd在土壤中存在形态，降低其活性。

金属在土壤中的形态多种多样，根据Tessier等的形态分级分析[12]，水溶态、交换态是植物最容易吸收利用的形态，具有最高的活性和生物学毒性；其次分别为碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物及硫化物结合态和残渣态；当土壤中重金属浓度不断积累，一旦超过土壤自身的缓冲能力，便以交换态的形式表现出来[13]。

砷污染土壤原位钝化材料修复效果及机制的研究进展砷污染土壤是当前环境问题中的严重问题之一，它不仅危害着土壤生态系统的健康，还对人类健康造成了潜在威胁。

因此，寻求一种有效的修复技术，成为了很多研究者的关注焦点。

其中，原位钝化材料修复技术备受关注并获得了重要的研究成果。

本文将综述近年来关于原位钝化材料修复砷污染土壤效果及机制的研究进展。

一、原位钝化材料修复技术的定义和框架原位钝化材料修复技术是一种治理砷污染土壤的新技术，其包括引入一些特定的材料或添加剂，通过改变土壤环境中砷的物理、化学、生物学性质，实现降低砷的生物可利用性，从而达到修复砷污染土壤的目的。

原位钝化材料修复技术的应用包括以下步骤：1. 针对砷污染土壤的特点，选择合适的原位钝化材料或添加剂；2. 确定合适的添加剂的投加量和投加方式；3. 通过实验或现场试验，评估原位钝化材料或添加剂对砷污染土壤的修复效果和机制；4. 进行现场试验，鉴定原位钝化材料或添加剂修复砷污染土壤的实际效果；5. 监测修复后的土壤砷含量，评估修复效果的持久性和可持续性。

1. 吸附原理原位钝化材料可以通过吸附的方式降低土壤砷含量。

砷污染土壤中的砷离子电荷较小，在与具有电荷的原位钝化材料接触时，会发生静电相互作用，从而降低其在土壤中的生物可利用性。

2. 沉淀原理有些原位钝化材料可以与土壤中的砷离子发生化学反应，形成不溶性物质沉淀于土壤中，从而达到减少土壤砷含量的效果。

3. 离子交换原理4. 降解原理有些原位钝化材料包括微生物或植物，它们可以分解或还原土壤中的砷复合物，从而减少土壤砷含量。

5. 保护原理当前，原位钝化材料修复技术已经成为治理砷污染土壤的重要手段。

近年来，通过不断的实验和研究，很多有用的原位钝化材料已被发现。

1. 碳材料类原位钝化材料碳材料类原位钝化材料包括炭、生物炭和纳米碳等，这些材料具有良好的吸附性、生物活性和稳定性，可以有效缓解砷污染土壤的环境风险和生态风险。

土壤重金属污染微生物修复研究进展与展望-土壤污染论文-农学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——近年我国在经济发展上取得了举世瞩目的成就，但是，过度的工业活动带来了严重的环境污染，对居民健康造成严重威胁，并对社会、经济和环境的可持续发展带来了巨大隐患。

我国农村环境面临多种环境问题，主要包括土壤重金属污染、土壤肥力减退、耕地盐碱化、河流水体富营养化、农药、化肥、杀虫剂等滥用造成的环境污染等。

该研究侧重于土壤重金属的污染和修复，对重金属来源、危害和特点、重金属污染的常见修复手段进行了介绍，重点介绍了微生物修复技术在该领域的研究进展，最后对我国重金属污染修复技术的发展趋势和研究方向进行了展望，以期为我国重金属污染土壤的修复提供有益借鉴。

1 土壤重金属污染现状1. 1 土壤重金属来源重金属是指比重 5 的金属，约有45 种，包括铅、镉、汞、铬、铜、锌、镍等[1 -2].砷虽不属于重金属，但因其来源以及危害都与重金属相似，故通常列入重金属类进行研究讨论[1].重金属污染是指由重金属或其化合物通过各种途径进入土壤并且超过了土壤自净能力而造成的污染。

在陆地生态系统中，土壤是化学污染物的主要存储库。

在水生系统中，沉积物是这些化学物质的最终存在形式。

大多数重金属天然存在于自然界中，包括风化土母质、火成岩、沉积岩和煤等[3],重金属可以通过地质过程（如成土过程等）和人为过程进入环境[3],地质过程会释放这些重金属，并影响土壤中重金属的含量和分布，例如，喀斯特地域石漠化以及火山喷发等其他自然因素造成的重金属释放。

由地质引入到环境中的重金属主要以不容易被生物利用和植物吸收的形式存在[3],地质过程在某些重金属污染中占据重要地位。

例如，煤炭每年可以释放4.5 万t 砷，而人类活动每年可以释放约5 万t 砷，地质成因造成的砷释放量约占砷总释放量的45%.尽管人为因素在砷污染中越来越重要，但是地质因素造成的砷污染不可小视。

土壤重金属污染修复研究进展土壤重金属污染是指土壤中重金属元素（比如铅、镉、铬、汞等）含量超过环境负荷，对人体健康和生态环境造成危害的现象。

由于工业活动、农业生产和城市化进程等人类活动的影响，土壤重金属污染已经成为全球环境问题的重要组成部分。

土壤重金属污染对人类健康和生态环境造成的危害已经引起了广泛关注，因此修复土壤重金属污染的研究成为环境科学领域的热点之一。

近年来，随着科学技术的不断进步，关于土壤重金属污染修复的研究也取得了一些重要进展。

一、修复技术1. 植物修复技术植物修复技术是利用植物对重金属具有吸收、富集和耐受等特性，通过植物在土壤中的生长，将重金属富集在植物体内，从而达到修复土壤重金属污染的目的。

目前，植物修复技术已经得到了广泛的应用，比较典型的植物修复技术包括秸秆还原补偿、浸种-累积-消解法、向日葵吸收-花粉催化法、土壤-植物互作技术等。

微生物修复技术是指利用微生物对土壤重金属进行生物转化和吸附，降解土壤中的重金属，达到修复土壤重金属污染的目的。

目前，微生物修复技术已经成为修复土壤重金属污染的重要手段之一，包括生物浸提、微生物固化、生物还原等技术。

物理化学修复技术是指利用物理、化学手段对土壤重金属进行修复，主要包括吸附剂修复、还原沉淀技术、离子交换法、螯合剂修复等技术。

物理化学修复技术是当前修复土壤重金属污染的主要手段之一，由于其操作简便、效果明显，受到了广泛关注。

二、研究进展1. 修复机理研究近年来，关于修复土壤重金属污染的机理研究取得了一些重要进展。

研究表明，不同的修复技术对土壤重金属污染的修复机理不同，其中植物修复技术主要通过植物吸收-富集-转运-耗散等生长过程对重金属进行修复；微生物修复技术主要通过微生物在土壤中的代谢过程对重金属进行修复；物理化学修复技术主要通过吸附剂、螯合剂等对土壤中的重金属进行修复。

这些研究为进一步完善土壤重金属污染的修复技术提供了理论基础。

2. 修复效果评价土壤重金属污染修复的效果评价是研究的重要内容之一。

砷污染土壤原位钝化材料修复效果及机制的研究进展砷是一种广泛存在于自然界中的重金属元素，其存在于土壤中的主要形式为砷酸盐和砷酸盐。

砷的存在给土壤和水体带来了严重的污染问题，对人类的健康和生态环境造成了严重威胁。

砷污染土壤的修复成为了当前环境领域中的一个热点问题。

砷污染土壤原位钝化材料修复技术因其操作简便、效果显著成为了近年来备受关注的研究方向。

本文将对砷污染土壤原位钝化材料修复的研究进展进行综述，以期为该领域的研究提供参考和启发。

一、砷污染土壤的危害和修复需求砷是一种常见的有毒重金属元素，其在土壤和水体中的超标污染会对生态环境和人类健康造成严重危害。

砷经由土壤和水体进入食物链，最终会富集到人体内，引发一系列的健康问题，如皮肤病变、肝脏病变、肺癌等。

砷的毒性还会对土壤微生物造成破坏，影响土壤的生态平衡和肥力。

砷污染土壤的修复具有迫切性和重要性。

二、砷污染土壤原位钝化材料修复的原理和方法原位钝化修复技术是指在砷污染土壤中添加一些特定的材料，通过改变土壤环境中砷的化学形态，减少其活性，从而达到修复土壤的目的。

一般来说，原位钝化修复技术主要包括两种方法：一是添加氧化铁、氢氧化铁等吸附剂，利用其高度的亲和力吸附土壤中的砷离子，将其转化为较为稳定的沉淀相；二是添加硫酸盐、碳酸盐等配位基，通过络合反应将砷形成难溶的络合物，减少其毒性和活性。

1. 常用的原位钝化材料目前，常用于原位钝化修复的材料包括锌、铁、锰等金属氧化物，以及石灰石、硫酸钙、硫酸镁等配位基。

这些材料具有较高的吸附和络合效果，可以有效地降低土壤中砷的活性和毒性。

2. 修复效果的评价方法针对原位钝化修复的效果评价方法，可以通过土壤中砷的化学形态分析、植物生长和土壤微生物活性等多种指标来进行评价。

通过砷形态的分析，可以了解砷在土壤中的存在形式和危害程度，而植物生长和微生物活性的评价可以间接地反映出土壤中砷的毒性程度。

3. 修复机制的研究近年来，许多研究者对原位钝化修复的机制进行了深入的探讨。