活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附幾種土壤內的菲，在土壤污染的情況下，土壤改良劑可用于固定有機污染物，同時保持土壤功能，活性炭是一種有前景的土壤修復材料。在本期的實驗中，菲烯(Phe)被用于污染土壤的污染物，并且我們研究了三種活性炭在1%應用下對三種不同基質，兩種農業表土和純砂的影響。我們評估了土壤性質的變化，菲的吸附-解吸以及菲在所有處理中的礦化。

　　石油碳氫化合物污染是土壤和沉積物中最常見的問題之一，菲是一種廣泛存在的三環芳烴，存在時間相當長且難以從環境中去除�；钚蕴课�附是控制土壤和水生系統中有機污染物的流動性，可用性和歸宿的關鍵過程。多環芳烴的吸附行為主要受土壤有機質含量的調節，土壤有機質是一種通過含碳產品修復而易于在土壤中上升的參數。在過去的幾十年里，人們已經進行了許多努力來探索和生產新材料作為一種有效的，低成本的土壤修復工具，并且已經深入研究了活性炭在土壤中的應用。活性炭是一種富含碳的固體有機物熱分解產物。與土壤中包含的無熱原有機物相比，熱解有機物(木炭，生物炭，活性炭)的行為明顯不同。活性炭這種強烈的吸附性質可以通過改變土壤性質來調節土壤中的芳烴降解過程，但也可以通過降低有機污染物的可用性來調節。

　　實驗材料土壤，沙子和活性炭炭的來源土壤來自兩個農田(土壤1、土壤2)。沙子用10%HCl洗滌40-100μm粒度的低鐵砂，然后用去離子水洗滌10次，直至pH升高并穩定到5.5。在實驗中使用來自不同來源的三種活性炭：(1)木質活性炭炭(AC1)，(2)根系活性炭(AC2)，和(3)農作物活性炭(AC3)。

　　土壤修復的方法

　　將活性炭(尺寸<1mm)以1%(w/w)的比率摻入測試的土壤和沙子中，這是一個模擬自然環境的修復過程，考慮到30 cm的土壤深度和約1.6t m-3的土壤密度。將混合物均化后，將每個樣品潤濕至60%的保水能力，并在室溫(20-25℃)下在聚乙烯袋中平衡15天。所有程序和實驗(基本表征，批次相互作用和土壤培養)進行3-4次重復。

　　菲的吸附實驗

　　在玻璃離心管和7ml不同濃度的菲烯溶液中放入0.7g摻入活性炭的干燥土壤。通過在10mm CaCl 2和1.5的背景溶液中保持乙醇的比例<0.1%，將試管在頂置振蕩器中以100rpm搖動24小時，然后將它們以2700g離心15分鐘，取1ml上清液的等分試樣。在β計數器中通過液體閃爍計數進行處理和分析，并在相互作用的7,24和48小時取上清液的等分試樣。

　　菲的解吸實驗

　　對于該實驗，我們選擇在相互作用后從吸附實驗中獲取活性炭土壤菲的樣品。我們在吸附實驗中提取了保留在土壤中的菲，劑量為1μg菲g-1土壤有六個連續循環的水-乙醇。前三次提取用去離子水進行，持續時間為3小時，3小時和7小時。接下來的三個是用絕對乙醇完成的，每個都搖動1小時。在每個循環后，將管以2700g離心15分鐘，并將1ml等分試樣與閃爍混合物混合并在β計數器中分析。通過新溶液替換剩余的上清液。

　　菲的礦化實驗

　　在本實驗中將20g土壤置于密閉容器內。在土壤中加入1%菲砂，在土壤中獲得的最終劑量。在每個密閉容器還含有1M KOH溶液，其在礦化期間更換兩次。將試管置于溫水(30℃)中并礦化4周。在一周，兩周和四周從每個捕集器取樣1mL等分試樣并與閃爍混合物混合以在β計數器中進行放射性評估。在溫育結束時，如前所述再次對土壤樣品進行解吸。

　　活性炭修復對土壤性質的影響

　　溶解有機碳(DOC)是土壤吸附復合物中最重要的因素之一，因為它可以作為流動吸附劑，從而減少對固相的表觀吸附。通過活性炭修復增加了土壤樣品和沙子樣品中水可提取DOC的量(圖1)。另一方面，土壤樣品顯示出不同的趨勢：活性炭AC1修復的土壤顯示出比活性炭AC3修正的土壤更低的DOC，其達到>65 mg DOC kg-1。

　　圖1：用不同的活性炭處理溶解沙土樣品中的有機碳。

　　土壤酶活性是評估土壤修復對物理化學性質和土壤吸附影響的關鍵參數。活性炭修復對土壤酶活性的影響因活性炭的不同性質(原料，pH，微量和大量營養素含量)和不同的土壤特性而不同。此外，微生物活動的改變可能是由活性炭對土壤微生物群落或酶促過程的影響引起的。在我們的工作中研究的土壤樣品中脫氫酶活性(DHA)的測定揭示了土壤1與土壤2相比更擁有高的值(圖2)。

　　圖2：在具有不同活性炭修復的沙子和土壤中的脫氫酶活性。

　　活性炭對土壤中菲的吸附數據

　　根據獲得的動力學數據說明了活性炭AC1，活性炭AC2和活性炭AC3修復土壤的接觸時間對菲吸附過程的影響。我們的結果顯示活性炭修復的土壤2對菲吸附效果增強，正如預期的那樣，活性炭在純砂中的吸附非常弱，但隨著活性炭的應用在所有情況下均增加，遵循以下順序：AC2>AC3>AC1。對于以下實驗，使用24小時的平衡時間。初始菲的濃度范圍為1-10μg菲g-1土壤的吸附實驗顯示所有活性炭修復對土壤1樣品中K d和K oc的明顯，統計學顯著正效應，而在土壤2中，沒有顯著的處理可檢測到對菲吸附的影響。

　　這項研究強調了影響土壤中菲吸附的土壤和活性炭特性，顯示了對比活性炭能夠不同地吸附這種有機化合物。對于菲在土壤中的固定化，活性炭(AC3)和活性炭(AC2)是最適合增強菲吸附和防止解吸的材料，可能還降低其生物利用度。在礦化方面，在理想條件下，菲礦化在一個月內總是<15%，而AC3和AC2減少了菲的礦化，這種礦化基本上是微生物驅動的。因此，吸附潛力與水解吸和礦化成反比，應根據目標(即固定化與降解)選擇合適的活性炭。

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