芴-鎘復(fù)合污染土壤植物增效修復(fù)及機(jī)制研究.pdf

1、近年來，伴隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化進(jìn)程的發(fā)展，大量的重金屬和有機(jī)物污染物排放到土壤中，我國(guó)的土壤污染因此也變的嚴(yán)重化和復(fù)雜化。針對(duì)越來越復(fù)雜的土壤污染問題，發(fā)展環(huán)境友好、成本低廉的原位修復(fù)技術(shù)是解決這類問題的關(guān)鍵，植物修復(fù)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的對(duì)重金屬、有機(jī)物有一定去除能力的綠色技術(shù)，該技術(shù)成本低、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境、無二次污染、易被接受等優(yōu)點(diǎn)而受到學(xué)者們的青睞。本研究以我國(guó)土壤典型重金屬污染物鎘和以芴為代表的多環(huán)芳烴為研究對(duì)象，探討了新

2、型環(huán)境友好材料天冬氨酸-β-CD與鎘、芴的相互作用以及天冬氨酸-β-CD對(duì)鎘、芴在土壤表面吸附行為的影響，通過90天的植物種植，研究了天冬氨酸-β-CD作用下，紫花苜蓿修復(fù)鎘、芴復(fù)合污染土壤的效果及主要的去除機(jī)制，取得的主要研究成果如下：
　　（1）以β-CD和天冬氨酸為原材料，在堿性條件下通過環(huán)氧氯丙烷合成新型的天冬氨酸-β-CD，采用紅外光譜對(duì)反應(yīng)合成的天冬氨酸-β-CD進(jìn)行了表征分析，用熒光光譜研究了芴與天冬氨酸-β-CD的

3、相互作用，通過XPS表征研究了重金屬鎘與天冬氨酸-β-CD的相互作用，紅外光譜結(jié)果表明天冬氨酸-β-CD保留了β-CD的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的同時(shí)，又添加了羧基和氨基成分；熒光光譜結(jié)果表明隨著天冬氨酸-β-CD濃度的增加，芴的熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，說明天冬氨酸-β-CD與芴發(fā)生了明顯的包結(jié)作用。鎘與天冬氨酸-β-CD作用前后的XPS結(jié)果表明鎘與天冬氨酸-β-CD分子結(jié)構(gòu)中的氨基和羧基很好的發(fā)生了配位作用。
　?。?）芴的增溶實(shí)驗(yàn)研究表明：天

4、冬氨酸-β-CD對(duì)芴的增溶效果顯著增強(qiáng)，而且天冬氨酸-β-CD對(duì)芴的增溶能力好于β-CD，隨著天冬氨酸-β-CD濃度的增加，其對(duì)芴的增溶倍數(shù)繼續(xù)增加；鎘的增溶實(shí)驗(yàn)研究表明：天冬氨酸-β-CD對(duì)鎘的增溶效果增強(qiáng)顯著，隨著天冬氨酸-β-CD濃度的增加，其對(duì)鎘的增溶倍數(shù)繼續(xù)增加，在天冬氨酸-β-CD濃度為20g/L時(shí)，水溶液中溶解態(tài)的鎘濃度達(dá)到1510.8mg/L。此外，在10g/L的不同類型β-環(huán)糊精衍生物中，天冬氨酸-β-CD對(duì)鎘的增溶效

5、果好于2-羥丙基-β-CD、甲基-β-CD和β-CD。
　　（3）通過β-CD和天冬氨酸-β-CD在土壤表面的吸附行為研究發(fā)現(xiàn)，天冬氨酸-β-CD的水溶性更好，Langmuir擬合的β-CD的飽和吸附量為95.58mg/g，而天冬氨酸-β-CD只有21.49mg/g，天冬氨酸-β-CD比β-CD更適合作為土壤污染物解吸劑。加入天冬氨酸-β-CD后，芴在土壤表面的分配系數(shù)逐漸減小，天冬氨酸-β-CD對(duì)芴的包結(jié)作用改變了芴在土壤-水界

6、面的分配行為。天冬氨酸-β-CD作用下，鎘在土壤表面的分配行為也受到明顯影響，隨著天冬氨酸-β-CD濃度的增加，鎘的分配系數(shù)也是逐漸減小，天冬氨酸-β-CD對(duì)鎘的配位作用導(dǎo)致鎘更有利于從土壤表面解吸下來進(jìn)入土壤溶液。
　?。?）采用盆栽實(shí)驗(yàn)?zāi)M了紫花苜蓿修復(fù)有機(jī)物芴和重金屬鎘的污染土壤。植物對(duì)天冬氨酸-β-CD的耐受性表明，在一定的濃度范圍內(nèi)，這種新型的增效劑對(duì)植物生長(zhǎng)的毒害并不明顯。經(jīng)過90天的生長(zhǎng)，各種復(fù)合污染處理下紫花苜蓿生

7、長(zhǎng)正常，有無添加增效劑的情況下，鎘對(duì)植物的毒害現(xiàn)象還是比較明顯的，而有機(jī)物芴對(duì)紫花苜蓿的生長(zhǎng)則沒有明顯的抑制。有無植物、有無添加增效劑情況下有機(jī)物芴的去除效果顯示，種植物的去除率為47.24%、45.78、50.72%，而非植物部分僅為32.1%、30.83%、36.56%。加入天冬氨酸-β-CD的植物與對(duì)照組相比，分別增加了8.6%、17.5%、1.7%。紫花苜蓿對(duì)復(fù)合污染土壤中鎘的作用結(jié)果顯示，在鎘濃度為5mg/kg時(shí)，添加改性劑天

8、冬氨酸-β-CD后，苜蓿根部分別增加了17.7%、29.2%、48.6%，莖葉部增加了13%、11.9%、4.08%。紫花苜蓿對(duì)鎘的植物去除率大概在5%-9%之間，而在加入天冬氨酸-β-CD之后，低濃度鎘水平下，隨著芴濃度梯度的增加，苜蓿對(duì)鎘的植物去除率也逐漸遞增，與對(duì)照組相比分別增加了22.2%、22.5%、32.7%。
　?。?）從植物對(duì)有機(jī)物芴的去除機(jī)制分析可得，植物-微生物的交互作用是芴污染土壤中芴消失的主要途徑；此外，在