生物炭的13C标记方法及对镉、铜的吸附性能探究

Acta Scientiae Circumstantiae(2020)

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摘要
生物炭施入土壤后很难分离和检测,因而难以直观研究生物炭在土壤中的环境行为.本文采用稳定同位素标记法制备13C标记的生物炭,研究了13C标记生物炭的制备方法,以及标记前后生物炭的基本理化性质及其对Cd2+和Cu2+的吸附效果和吸附机理.结果表明,脉冲标记法可有效提高玉米植株的δ13C值,经过550℃限氧热解法制备的13C玉米秸秆生物炭(13C BC)的δ13C值为249.3‰,显著高于土壤(-23.5‰)及未标记的玉米秸秆生物炭(-25.7‰),具有显著的生物炭示踪效果.13C标记的生物炭的pH、CEC、比表面积、表面官能团种类及数量等理化性质与未标记生物炭相似,说明脉冲标记法制备的13C标记生物炭不改变生物炭的基本理化性质.吸附动力学和吸附热力学实验结果表明,13C标记生物炭与未标记生物炭对Cu2+、Cd2+的吸附均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程,且吸附平衡时间、最大吸附量基本相同,表明13C标记生物炭不改变生物炭对Cd2+、Cu2+的吸附效果和吸附特征.XRD、FT-IR结果表明,13C标记生物炭和未标记生物炭具有相同的吸附机理,均为离子交换作用、静电吸附作用和阳离子-π键作用.因此,脉冲标记法制备的13C标记生物炭具有与生物炭相同的基本理化性质和对镉、铜的吸附行为,同时具有显著高于土壤背景的δ13C值,可为土壤中生物炭迁移、生物炭与重金属相互作用行为的研究提供一条途径.
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