牛粪生物炭对重金属镉的吸附、钝化作用研究

来源：家畜生态学报杂志2025年第12期北京时间：

作者：王振,张淑芬,付龙,丁昕颖,马珊珊,白长胜,赵金波,李伟

单位：黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院，黑龙江 齐齐哈尔 161000

摘要：生物炭吸附处理环境中的镉是一种低成本、操作简便且处理效果较好的工艺，与其他生物炭原料相比，牛粪具有质地细密、矿物养分相对较多等优点，是生物炭应用的研究热点之一。为研究牛粪生物炭对水中重金属镉的吸附能力，本研究以牛粪为原料，分别在300、500、700 ℃条件下制备生物炭，通过元素分析、BET-N2、SEM等对其结构和性质进行表征。通过批处理试验，研究pH、生物炭投加量、初始浓度、吸附时间、吸附温度等因素对牛粪生物炭吸附镉性能的影响，同时向土壤中添加了牛粪生物炭，探究其对土壤中镉的钝化能力。结果表明，牛粪生物炭pH和芳香性随热解温度的上升而提高，且生物炭表面变得粗糙多孔，比表面积和总孔容分别提高了14.25、16.75倍，其中700 ℃制备的牛粪生物炭对镉的吸附效果最佳。不同热解温度制备的牛粪生物炭对镉的吸附过程符合准二级反应动力学模型，主要受表面吸附和颗粒内扩散共同影响，可分为快速吸附、缓慢扩散和吸附平衡三个阶段。牛粪生物炭对镉的吸附过程符合Langmuir模型，以单分子层吸附模式为主，吸附过程均为有利吸附，700℃制备的牛粪生物炭常温下对镉的最大吸附量可达90.48 mg/g。土壤添加牛粪生物炭后，土壤pH随牛粪生物炭热解温度的升高而上升，同时可交换态镉向残渣态转化，残渣态镉的分配率提高了48.34%~152.77%，两者变化呈显著正相关（P＜0.01），表明镉的生物有效性显著降低。综上所述，牛粪生物炭在适宜条件下对重金属镉具有良好的吸附和钝化能力，具备一定的推广应用价值，为牛粪生物炭在土壤重金属修复的应用提供了理论依据和应用参考。

关键词：牛粪生物炭；镉；吸附；钝化

基金资助：黑龙江省农业科技创新跨越工程重点攻关项目(CX23GG07);黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院自拟课题(ZNKT-202202)