第二届全国土壤修复大会

生物炭是生物质原料、生活垃圾、污水污泥等在缺氧环境下热解产生的一种含碳物质。由于其具有比表面积大、孔隙率高、表面官能团活性高、阳离子交换能力强等特点，被广泛应用于土壤修复和水处理领域。农作物秸秆炭化还田，不仅能够钝化重金属保障农产品安全，还能增加土壤肥力，固碳减排，实现农业废弃物资源化利用。为了有效提高生物炭对重金属的吸附效率，本研究利用自主研发稻杆生物炭进行二氧化锰/氨基联合改性处理，将改性生物炭进行Pb、Cd单一或二元体系吸附实验。通过表征手段深入分析生物炭改性后其表观形貌、官能团种类以及孔隙结构等理化性质的变化，重点考察单一或二元重金属体系对改性生物炭吸附性能的影响，揭示改性生物炭对溶液中重金属的吸附机理。结果表明：相比原始生物炭，二氧化锰/氨基改性生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺的去除率分别提高了27.6%和15.4%。生物炭更倾向于对Pb²⁺的吸附，而Cd²⁺的吸附会受到抑制。改性处理增加了生物炭的孔隙结构，且生物炭表明成功负载了锰氧基团和氨基。而二氧化锰/氨基改性生物炭对重金属的吸附机理主要是氨基、羧基以及锰氧化物和生物炭自身的羟基与重金属之间的络合作用。基于实验室和小区试验的研究成果，优选出对重金属钝化效果较好的生物炭材料及改性技术，成功示范应用于江苏、河南等80亩镉污染农田土壤修复项目。改性生物炭的施加可有效降低土壤有效态镉的含量，降低率最高可达90%，且具有长效修复作用（施用三年后的土壤有效态镉含量降低率仍可保持50%）；同时，显著降低了小麦不同部位的镉含量，其中籽粒中的镉含量可降低50%以上，远低于国家食品安全标准；此外，还能起到提升小麦产量的作用，增产率达到10%-20%。

生物质；生物炭；改性；重金属；Cd2+；Pb2+；吸附机理