J. Hazard. Mater. |生物炭胶体颗粒协同土壤Cr(VI)的迁移行为及转化机制 2022-12-04

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本研究通过柱淋溶实验，结合电化学、XPS、SEM-EDS等现代分析手段，研究了生物炭胶体颗粒对土壤重金属Cr(VI)迁移转化行为的影响及作用机制。结果表明：生物炭胶体颗粒促进Cr(VI)在土壤中迁移；生物炭胶体颗粒具有供电子能力，在迁移过程中将Cr(VI)还原成Cr(III)并吸附在表面，协同其在土壤中迁移；秸秆生物炭胶体颗粒对Cr(VI)迁移的促进作用以及协同Cr(III)迁移的能力均强于木屑生物炭胶体颗粒。生物炭胶体颗粒还会结合土壤中的铁氧化物，共同促进土壤Cr的迁移转化。进一步通过Hydrus-1D软件预测生物炭胶体颗粒对Cr在土壤垂直方向浓度分布以及某一深度上迁移通量的影响。当体系中没有生物炭胶体颗粒时，Cr迁移至土层50 cm深度时需要2.20年，但当体系中存在生物炭胶体颗粒时，Cr迁移至土层50 cm深度时仅需0.30-1.20年，迁移速率提高了0.5-7.0倍，增加了Cr对土壤-地下水污染的风险。此外，生物炭胶体颗粒存在时，Cr在土壤50 cm深度的迁移通量（6.93-15.3 mg m^-2）也远高于单独Cr(VI)的迁移通量（2.99 mg m^-2）。

Fig. 1. Breakthrough curves of soluble Cr (a), particulate Cr (b), and biochar colloids (c) in effluents of soil columns, respectively.

Fig. 2. TEM images and elemental mapping of biochar colloids excavated from soil columns. Regions 1 and 2: Fe oxide area; Region 3: biochar colloid area; Region 4: the combined region of Fe oxide and biochar colloid.

Fig. 3. The peak Cr concentration in the soil profile (a) and the Cr concentration solute flux at the interface of 50 cm depth soil (b) as a function of time.

Chen, M., Chen, X., Xu, X.*, Xu, Z., Zhang, Y., Song, B., Tsang, D., Xu. N., Cao, X., 2022. Biochar colloids facilitate transport and transformation of Cr(VI) in soil: Active site competition coupling with reduction reaction. J. Hazard. Mater. 440, 129691.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129691