功能化菌剂钝化土壤铅及促进黄瓜生长研究.pdf

农 业 环 境 科 学 学 报 J o u r n a l o f A g r o E n v i r o n m e n t S c i e n c e 2 0 2 3 4 2 8 1 7 2 9 1 7 3 8 2 0 2 3 年 8 月 张 林 魏 书 奇 毕 馥 漩 等 功 能 化 菌 剂 钝 化 土 壤 铅 及 促 进 黄 瓜 生 长 研 究 J 农 业 环 境 科 学 学 报 2 0 2 3 4 2 8 1 7 2 9 1 7 3 8 Z H A N G L W E I S Q B I F X e t a l P a s s i v a t i o n o f P b i n s o i l a n d p r o m o t i n g c u c u m b e r g r o w t h u s i n g f u n c t i o n a l m i c r o b i a l a g e n t s J J o u r n a l o f A g r o E n v i r o n m e n t S c i e n c e 2 0 2 3 4 2 8 1 7 2 9 1 7 3 8 功 能 化 菌 剂 钝 化 土 壤 铅 及 促 进 黄 瓜 生 长 研 究 张 林 魏 书 奇 毕 馥 漩 任 哲 仪 曹 博 张 颖 曲 建 华 东 北 农 业 大 学 哈 尔 滨 1 5 0 0 1 0 P a s s i v a t i o n o f P b i n s o i l a n d p r o m o t i n g c u c u m b e r g r o w t h u s i n g f u n c t i o n a l m i c r o b i a l a g e n t s Z H A N G L i n W E I S h u q i B I F u x u a n R E N Z h e y i C A O B o Z H A N G Y i n g Q U J i a n h u a N o r t h e a s t A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y H a r b i n 1 5 0 0 1 0 C h i n a A b s t r a c t T o s o l v e t h e p r o b l e m o f p o o r a c t i v i t y a n d l o w r e m e d i a t i o n e f f i c i e n c y o f p h o s p h o r u s s o l u b i l i z i n g b a c t e r i a P S B i n e n v i r o n m e n t s w i t h s e v e r e P b p o l l u t i o n b o n e c h a r w a s u s e d t o l o a d f e r r o u s s u l f i d e F e S w i t h t h e s t a b i l i z a t i o n o f c a r b o x y m e t h y l c e l l u l o s e C M C T h i s w a s c o u p l e d w i t h P S B f o r s y n t h e s i z i n g t h e f u n c t i o n a l i z e d b a c t e r i a a g e n t C F B 1 P C F B 1 P w a s a p p l i e d f o r t h e r e m e d i a t i o n o f P b c o n t a m i n a t e d s o i l a n d t h e p e r f o r m a n c e a n d m e c h a n i s m s o f a l l e v i a t i n g P b s t r e s s i n c u c u m b e r w e r e i n v e s t i g a t e d T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t C F B 1 P p o s s e s s e d h i g h a d s o r p t i o n p e r f o r m a n c e f o r P b w i t h t h e m a x i m u m a d s o r p t i o n c a p a c i t y o f P b b e i n g 4 5 2 9 9 m g g 1 t h r o u g h c h e m i c a l p r e c i p i t a t i o n c o m p l e x a t i o n e l e c t r o s t a t i c a t t r a c t i o n a n d b i o l o g i c a l m i n e r a l i z a t i o n F u r t h e r m o r e p h o s p h a t e s o l u b i l i z i n g a m o u n t o f P S B i n C F B 1 P w a s e n h a n c e d t o 1 4 0 m g L 1 I n c o m p a r i s o n w i t h C K a p p l i c a t i o n o f C F B 1 P i n t h e s o i l c o u l d e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e b i o a v a i l a b i l i t y o f P b a n d d e c r e a s e t h e b i o a c c u m u l a t i o n o f P b i n t h e s h o o t s a n d r o o t s o f c u c u m b e r s e e d l i n g s f r o m 6 3 8 4 a n d 1 5 9 6 m g k g 1 t o 5 5 9 a n d 1 3 9 m g k g 1 s u c c e s s f u l a l l e v i a t i n g t h e t o x i c i t y s t r e s s o f P b o n c u c u m b e r s e e d l i n g s M e a n w h i l e a d d i t i o n o f C F B 1 P t o t h e s o i l s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d t h e p l a n t h e i g h t r o o t l e n g t h a n d f r e s h w e i g h t o f c u c u m b e r s e e d l i n g s f r o m 6 1 c m p l a n t 1 1 2 c m p l a n t 1 a n d 0 8 7 g p l a n t 1 t o 1 2 7 c m p l a n t 1 4 1 c m p l a n t 1 a n d 6 5 2 g p l a n t 1 e f f e c t i v e p r o m o t i n g t h e g r o w t h o f c u c u m b e r s e e d l i n g s T h e s t u d y d e m o n s t r a t e s t h a t C F B 1 P h a s e x c e l l e n t p a s s i v a t i o n p r o p e r t i e s f o r P b a n d c a n b e c o n s i d e r e d a s a n e f f i c i e n t p o t e n t i a l r e m e d i a t i o n a g e n t f o r P b c o n t a m i n a t e d s o i l K e y w o r d s p h o s p h a t e s o l u b i l i z i n g b a c t e r i a b o n e c h a r F e S c a r b o x y m e t h y l c e l l u l o s e C M C P b s o i l b i o m i n e r a l i z a t i o n 收 稿 日 期 2 0 2 2 1 1 2 7 录 用 日 期 2 0 2 3 0 4 0 4 作 者 简 介 张 林 1 9 8 3 女 黑 龙 江 省 牡 丹 江 市 人 硕 士 中 级 实 验 师 主 要 从 事 水 土 界 面 多 过 程 调 控 与 污 染 修 复 研 究 E m a i l 8 2 2 5 5 6 2 4 q q c o m 魏 书 奇 与 张 林 同 等 贡 献 通 信 作 者 曲 建 华 E m a i l j h q u n e a u e d u c n 基 金 项 目 黑 龙 江 省 普 通 本 科 高 等 学 校 青 年 创 新 人 才 培 养 计 划 项 目 U N P Y S C T 2 0 2 0 1 1 4 P r o j e c t s u p p o r t e d U n i v e r s i t y N u r s i n g P r o g r a m f o r Y o u n g S c h o l a r s w i t h C r e a t i v e T a l e n t s i n H e i l o n g j i a n g P r o v i n c e C h i n a U N P Y S C T 2 0 2 0 1 1 4 摘 要 针 对 解 磷 菌 P S B 在 铅 P b 污 染 严 重 环 境 下 存 在 活 性 较 差 修 复 效 率 低 下 等 问 题 本 研 究 通 过 骨 炭 负 载 羧 甲 基 纤 维 素 C M C 稳 定 化 的 硫 化 亚 铁 F e S 耦 合 P S B 制 备 功 能 化 菌 剂 C F B 1 P 用 于 P b 污 染 土 壤 的 修 复 并 探 讨 其 缓 解 P b 对 黄 瓜 幼 苗 胁 迫 的 能 力 及 机 制 结 果 表 明 功 能 化 菌 剂 通 过 化 学 沉 淀 络 合 静 电 吸 引 和 生 物 矿 化 作 用 固 定 化 P b 其 最 大 吸 附 量 达 4 5 2 9 9 m g g 1 C F B 1 P 具 有 较 高 的 溶 磷 能 力 溶 磷 量 高 达 1 4 0 m g L 1 以 上 相 较 于 C K 处 理 C F B 1 P 施 加 能 有 效 降 低 土 壤 P b 的 生 物 有 效 性 减 少 黄 瓜 幼 苗 地 上 部 和 地 下 部 P b 的 生 物 积 累 量 分 别 从 6 3 8 4 m g k g 1 和 1 5 9 6 m g k g 1 降 低 到 5 5 9 m g k g 1 和 1 3 9 m g k g 1 从 而 降 低 P b 对 于 黄 瓜 幼 苗 的 胁 迫 作 用 C F B 1 P 的 施 加 可 显 著 提 高 黄 瓜 幼 苗 的 株 高 根 长 鲜 质 量 分 别 从 6 1 c m 株 1 1 2 c m 株 1 0 8 7 g 株 1 增 加 到 1 2 7 c m 株 1 4 1 c m 株 1 6 5 2 g 株 1 有 效 促 进 黄 瓜 幼 苗 生 长 研 究 表 明 功 能 化 菌 剂 C F B 1 P 对 土 壤 P b 具 有 优 异 的 钝 化 性 能 是 一 种 极 具 潜 力 高 效 的 土 壤 重 金 属 P b 污 染 修 复 剂 关 键 词 解 磷 菌 骨 炭 硫 化 亚 铁 羧 甲 基 纤 维 素 铅 土 壤 生 物 矿 化 中 图 分 类 号 S 6 4 2 2 X 5 3 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1 6 7 2 2 0 4 3 2 0 2 3 0 8 1 7 2 9 1 0 d o i 1 0 1 1 6 5 4 j a e s 2 0 2 2 1 2 1 7农 业 环 境 科 学 学 报 第 4 2 卷 第 8 期 铅 P b 作 为 常 见 的 重 金 属 之 一 能 够 通 过 农 药 化 肥 的 施 用 采 矿 垃 圾 焚 烧 工 业 废 物 处 置 不 当 及 污 水 灌 溉 等 途 径 进 入 土 壤 中 造 成 严 重 的 土 壤 P b 污 染 1 2 同 时 重 金 属 P b 具 有 普 遍 性 长 期 性 不 可 逆 性 以 及 难 以 降 解 等 特 征 易 在 土 壤 中 累 积 3 导 致 污 染 土 壤 中 的 植 物 通 过 根 系 将 P b 转 运 到 体 内 抑 制 作 物 生 长 发 育 降 低 作 物 的 生 物 量 和 产 量 4 另 一 方 面 P b 可 通 过 食 物 链 的 富 集 作 用 在 人 体 累 积 进 而 损 害 人 体 的 神 经 消 化 和 生 殖 系 统 5 特 别 是 严 重 影 响 儿 童 的 智 力 发 育 已 有 研 究 表 明 修 复 土 壤 重 金 属 污 染 的 技 术 主 要 包 括 固 化 稳 定 化 技 术 生 物 修 复 技 术 以 及 化 学 稳 定 技 术 等 6 7 其 中 生 物 修 复 技 术 因 其 操 作 简 便 成 本 低 无 二 次 污 染 受 到 了 学 者 的 广 泛 关 注 8 在 各 类 应 用 于 土 壤 重 金 属 修 复 的 微 生 物 中 溶 磷 菌 P S B 作 为 一 种 功 能 性 菌 株 可 分 泌 有 机 酸 和 酸 性 磷 酸 酶 溶 解 土 壤 中 不 溶 性 磷 酸 盐 通 过 生 物 矿 化 作 用 使 磷 酸 盐 与 P b 形 成 稳 定 的 磷 铅 矿 P b 5 P O 4 3 O H 和 P b 5 P O 4 3 C l 从 而 钝 化 土 壤 中 的 P b 9 然 而 由 于 土 壤 环 境 的 复 杂 性 及 污 染 环 境 的 恶 劣 性 P S B 往 往 会 受 到 高 浓 度 污 染 物 的 毒 害 作 用 且 与 土 著 菌 群 存 在 竞 争 关 系 导 致 P S B 活 性 下 降 及 修 复 效 率 低 下 等 问 题 为 解 决 上 述 问 题 可 以 通 过 微 生 物 固 定 化 技 术 将 P S B 固 定 在 天 然 基 质 如 硅 藻 土 和 活 性 污 泥 或 合 成 聚 合 物 基 质 如 丙 烯 酰 胺 等 载 体 材 料 上 提 高 P S B 的 活 性 及 对 较 高 浓 度 P b 的 耐 受 性 1 0 1 2 相 较 于 其 他 载 体 材 料 骨 炭 B C 是 一 种 动 物 骨 骼 在 无 氧 条 件 下 热 解 制 备 的 富 炭 磷 产 物 其 具 有 发 达 的 孔 隙 结 构 丰 富 的 表 面 官 能 团 可 作 为 游 离 P S B 的 理 想 载 体 材 料 此 外 B C 不 仅 可 以 提 高 P S B 抗 毒 性 和 耐 受 力 还 可 以 为 P S B 提 供 适 宜 的 生 存 环 境 同 时 P S B 也 可 以 从 富 含 磷 酸 盐 的 B C 中 溶 解 释 放 磷 酸 盐 有 效 地 增 强 P b 的 吸 附 和 生 物 矿 化 1 1 然 而 作 为 固 定 化 基 质 B C 对 P b 的 吸 附 能 力 有 限 无 法 完 全 缓 解 P b 对 P S B 的 毒 性 抑 制 因 此 有 必 要 设 计 一 种 多 功 能 固 定 化 基 质 增 强 P S B 对 P b 的 生 物 矿化 当 前 工 程 纳 米 材 料 可 以 有 效 地 防 止 重 金 属 进 入 更 深 的 土 壤 层 和 地 下 水 具 有 很 好 的 应 用 前 景 1 3 纳 米 硫 化 亚 铁 F e S 及 其 复 合 材 料 具 有 较 大 的 比 表 面 积 以 及 优 异 的 吸 附 能 力 可 提 供 F e 2 和 S 2 通 过 离 子 交 换 沉 淀 等 方 式 钝 化 重 金 属 1 4 然 而 纳 米 颗 粒 容 易 发 生 团 聚 且 易 与 周 围 的 介 质 发 生 反 应 使 其 在 土 壤 中 的 反 应 活 性 快 速 下 降 阻 碍 了 该 技 术 的 进 一 步 发 展 应 用 羧 甲 基 纤 维 素 C M C 是 一 种 从 纤 维 素 中 提 取 的 无 毒 低 成 本 的 多 糖 可 以 作 为 稳 定 化 剂 有 效 防 止 纳 米 颗 粒 团 聚 从 而 提 高 纳 米 颗 粒 的 稳 定 性 1 5 此 外 纳 米 材 料 能 够 通 过 固 定 化 作 用 快 速 降 低 重 金 属 的 生 物 有 效 性 和 迁 移 性 为 P S B 长 期 修 复 提 供 适 宜 的 生 长 条 件 1 6 因 此 本 研 究 基 于 化 学 生 物 联 合 修 复 理 念 采 用 B C 为 载 体 材 料 同 时 负 载 C M C 稳 定 化 的 F e S 以 及 P S B 制 备 硫 化 亚 铁 功 能 化 生 物 炭 耦 合 解 磷 菌 材 料 通 过 表 征 综 合 评 价 其 化 学 特 征 和 表 面 形 貌 并 考 察 不 同 因 素 对 复 合 材 料 磷 溶 能 力 的 影 响 以 探 讨 复 合 材 料 对 铅 污 染 土 壤 的 修 复 效 果 揭 示 其 钝 化 P b 的 机 制 1 材 料 与 方 法 1 1 供 试 土 壤 菌 株 及 材 料 供 试 土 壤 采 自 黑 龙 江 省 哈 尔 滨 市 周 边 未 污 染 农 田 的 表 层 土 壤 0 2 0 c m 土 壤 类 型 为 暗 棕 壤 土 壤 p H 值 有 机 质 全 氮 碱 解 氮 有 效 磷 速 效 钾 可 溶 性 有 机 碳 含 量 分 别 为 6 9 4 1 0 1 6 g k g 1 1 6 2 g k g 1 1 3 5 6 0 m g k g 1 4 0 5 3 m g k g 1 2 4 0 7 m g k g 1 2 3 4 7 0 m g k g 1 土 壤 中 P b 含 量 为 5 2 2 m g k g 1 将 采 集 到 的 土 壤 去 除 植 物 残 枝 石 块 等 并 在 室 内 晾 干 研 磨 过 2 0 目 筛 通 过 外 源 添 加 5 L 用 P b N O 3 2 配 制 的 1 g L 1 P b 溶 液 到 1 0 k g 土 壤 中 混 合 均 匀 后 在 室 温 条 件 下 老 化 3 0 d 土 壤 P b 含 量 为 5 2 5 m g k g 1 用 于 后 续 实 验 生 物 炭 的 基 质 材 料 牛 骨 购 于 黑 龙 江 省 哈 尔 滨 市 将 牛 骨 用 去 离 子 水 清 洗 干 净 在 8 5 烘 箱 中 烘 干 研 磨 过 1 0 0 目 筛 用 于 后 续 骨 炭 的 烧 制 实 验 采 用 的 菌 株 是 P S B E n t e r o b a c t e r s p 来 自 于 中 国 普 通 微 生 物 菌 种 保 藏 中 心 C G M C C 1 1 7 3 3 1 2 C M C F e S 骨 炭 耦 合 解 磷 菌 的 制 备 功 能 化 菌 剂 的 制 备 包 括 1 将 牛 骨 粉 装 入 瓷 舟 中 在 管 式 炉 中 N 2 氛 围 下 以 1 0 m i n 1 升 温 到 5 0 0 并 热 解 2 h 获 得 样 品 命 名 为 骨 炭 B C 2 在 N 2 流 通 的 条 件 下 将 2 6 1 g 的 F e S O 4 7 H 2 O 放 入 装 有 2 5 0 m L 去 离 子 水 的 密 封 三 角 瓶 中 在 磁 力 搅 拌 下 充 分 溶 解 并 将 1 6 5 m L 浓 度 为 5 g m L 的 C M C 溶 液 称 取 5 5 2 g 的 羧 甲 基 纤 维 素 钠 溶 于 1 0 0 m L 水 中 加 入 其 中 反 应 0 5 h 形 成 C M C F e 配 合 物 1 7 随 后 再 添 加 0 8 2 5 g B C 和 1 3 5 m L 1 6 7 g m L N a 2 S 9 H 2 O 溶 液 于 反 应 体 系 中 继 续 反 应 0 5 h 获 得 的 样 品 在 冷 冻 干 燥 机 中 干 燥 2 4 h 通 过 计 算 C M C F e S B C 的 质 量 比 为 1 7 3 0张 林 等 功 能 化 菌 剂 钝 化 土 壤 铅 及 促 进 黄 瓜 生 长 研 究 2 0 2 3 年 8 月 w w w a e s o r g c n 1 1 1 材 料 命 名 为 C F B 1 此 外 通 过 改 变 C M C F e S 及 B C 投 加 量 还 制 备 了 相 应 C M C F e S B C 的 质 量 比 为 0 2 0 2 1 0 5 0 5 1 及 1 5 1 5 1 的 C F B 0 2 C F B 0 5 和 C F B 1 5 的 材 料 通 过 测 定 材 料 对 于 P b 的 固 定 化 效 果 在 P b 浓 度 为 2 0 0 m g L 1 C F B 0 2 C F B 0 5 C F B 1 C F B 1 5 投 加 量 为 0 5 g L 1 的 条 件 下 对 于 P b 固 定 效 率 分 别 为 3 1 9 4 4 9 8 2 5 4 7 8 5 5 8 2 可 以 发 现 随 着 C M C F e S B C 比 例 的 逐 渐 升 高 C F B 对 于 P b 固 定 化 效 率 逐 渐 升 高 并 且 在 C F B 1 C F B 1 5 处 理 下 P b 固 定 化 效 率 相 当 同 时 考 虑 材 料 相 应 的 制 备 成 本 C F B 1 最 终 被 确 定 为 进 一 步 耦 合 P S B 的 支 撑 材 料 3 在 3 0 下 将 P S B 置 于 L B 培 养 基 中 培 养 7 h P S B 达 到 对 数 生 长 期 菌 悬 液 通 过 离 心 去 除 L B 培 养 基 且 菌 体 重 新 悬 浮 在 0 9 的 N a C l 溶 液 中 并 调 节 菌 悬 液 O D 6 0 0 1 0 随 后 将 C F B 1 P S B 悬 浮 液 以 1 2 0 g m L 比 例 投 加 到 三 角 瓶 中 在 恒 温 摇 床 中 1 5 0 r m i n 1 下 固 定 化 5 h 所 获 得 样 品 放 入 冷 冻 干 燥 机 中 干 燥 4 8 h 合 成 功 能 化 菌 剂 C F B 1 P 1 3 功 能 化 菌 剂 溶 磷 能 力 及 P b 钝 化 效 果 研 究 1 C F B 1 P 的 溶 磷 能 力 分 别 称 取 5 0 g C a 3 P O 4 2 0 3 g M g S O 4 7 H 2 O 0 0 3 g M n S O 4 H 2 O 0 0 3 g F e S O 4 7 H 2 O 0 3 g K C l 0 3 g N a C l 0 5 g N H 4 2 S O 4 和 1 0 g C 6 H 1 2 O 6 溶 解 在 1 L 去 离 子 水 中 配 制 0 5 的 磷 酸 钙 液 体 培 养 基 在 含 有 磷 酸 钙 培 养 基 5 0 m L 的 1 0 0 m L 锥 形 烧 瓶 中 探 究 不 同 温 度 1 0 3 0 C F B 1 P 投 加 量 0 0 3 0 0 7 g 培 养 时 间 0 4 8 h 和 P b 浓 度 2 0 2 0 0 m g L 1 对 于 C F B 1 P 溶 磷 性 能 的 影 响 每 个 处 理 设 置 3 组 平 行 并 在 恒 温 摇 床 中 培 养 4 8 h 离 心 后 测 定 上 清 液 中 可 溶 性 磷 酸 盐 的 浓 度 2 水 相 中 C F B 1 P 固 定 化 P b 效 果 将 C F B 1 P 投 加 到 含 有 2 0 0 m g L 1 P b 的 L B 液 体 培 养 基 中 于 0 5 4 8 h 的 不 同 时 间 点 取 样 进 行 动 力 学 研 究 以 及 在 不 同 的 实 验 温 度 5 3 0 和 P b 浓 度 1 0 4 0 0 g L 1 下 进 行 等 温 吸 附 研 究 3 C F B 1 P 对 于 土 壤 中 P b 钝 化 效 果 设 置 6 个 处 理 组 包 括 C K P S B B C B C P C F B 1 及 C F B 1 P 组 每 个 处 理 3 组 平 行 将 P b 污 染 土 壤 装 于 底 部 有 孔 的 塑 料 花 盆 直 径 为 1 6 5 c m 高 为 1 0 c m 中 每 盆 约 装 6 0 0 g 土 壤 保 持 土 壤 含 水 率 为 4 0 投 加 材 料 为 1 材 料 质 量 干 土 壤 质 量 每 盆 播 种 6 粒 黄 瓜 种 子 密 度 适 当 待 出 苗 后 保 留 长 势 均 匀 的 植 株 4 株 盆 栽 实 验 每 日 浇 水 两 次 即 早 晚 各 一 次 以 保 持 种 子 萌 发 和 幼 苗 生 长 所 需 的 充 足 水 分 并 在 2 5 条 件 下 修 复 3 0 d 分 别 在 第 1 3 5 7 1 0 2 0 天 及 第 3 0 天 取 样 土 壤 样 品 在 室 温 条 件 下 晾 干 研 磨 并 过 1 0 0 目 筛 通 过 二 乙 基 三 胺 五 乙 酸 D T P A 提 取 剂 萃 取 土 壤 中 P b 即 称 量 5 g 土 壤 样 品 加 入 到 含 有 2 5 m L D T P A 提 取 剂 的 5 0 m L 离 心 管 中 在 2 5 2 0 0 r m i n 1 的 水 浴 摇 床 中 振 荡 2 h 后 通 过 T C L P 提 取 剂 萃 取 土 壤 中 P b 即 称 量 2 g 土 壤 样 品 加 入 到 含 有 4 0 m L p H 2 8 8 的 醋 酸 溶 液 的 5 0 m L 离 心 管 中 在 2 5 2 0 0 r m i n 1 的 水 浴 摇 床 中 振 荡 1 8 h 后 以 5 0 0 0 r m i n 1 离 心 1 0 m i n 并 过 0 4 5 m 水 系 滤 膜 并 用 火 焰 分 光 光 度 计 测 定 P b 含 量 4 不 同 处 理 下 黄 瓜 生 理 生 化 指 标 将 不 同 处 理 组 种 植 3 0 d 后 的 黄 瓜 幼 苗 从 土 壤 中 分 离 出 来 用 去 离 子 水 仔 细 清 洗 植 株 的 地 上 部 分 和 根 部 冲 洗 干 净 后 用 滤 纸 擦 干 水 分 立 即 用 分 析 天 平 和 直 尺 测 定 植 物 的 鲜 质 量 株 高 和 根 长 此 外 对 黄 瓜 幼 苗 进 行 消 解 称 取 2 0 g 粉 碎 的 植 物 样 品 于 坩 埚 中 加 入 1 0 m L 浓 硝 酸 摇 匀 后 加 3 m L 6 0 高 氯 酸 置 于 电 热 板 上 在 通 风 厨 低 温 加 热 至 微 沸 1 4 0 1 6 0 待 棕 色 氮 氧 化 物 基 本 排 出 后 升 高 温 度 继 续 加 热 消 化 产 生 浓 白 烟 挥 发 大 部 分 高 氯 酸 坩 埚 中 呈 灰 白 色 糊 状 取 下 冷 却 用 去 离 子 水 过 滤 定 容 于 5 0 m L 容 量 瓶 中 利 用 电 感 耦 合 原 子 发 射 光 谱 仪 A t o m i c E m i s s i o n S p e c t r o m e t e r I C P A E S 测 定 溶 液 中 P b 浓 度 1 4 C F B 1 P 的 表 征 为 进 一 步 探 究 功 能 化 菌 剂 微 观 特 性 本 文 采 用 以 下 几 种 表 征 手 段 1 扫 描 电 镜 S E M 用 于 探 究 功 能 化 菌 剂 的 微 观 形 貌 特 征 2 傅 里 叶 红 外 光 谱 F T I R 用 于 测 定 功 能 化 菌 剂 表 面 官 能 团 的 种 类 3 X 射 线 衍 射 仪 X R D 用 于 分 析 功 能 化 菌 剂 表 面 晶 体 结 构 及 组 成 变 化 1 5 数 据 处 理 吸 附 动 力 学 试 验 采 用 拟 一 级 拟 二 级 及 A v r a m i 动 力 学 模 型 进 行 拟 合 q t q e 1 e k 1 t 1 q t q 2 e k 2 t 1 q e k 2 t 2 q t q e 1 e k 3 t n 3 式 中 q t 和 q e 分 别 为 t 时 刻 的 吸 附 量 和 平 衡 时 的 吸 附 量 m g k g 1 k 1 为 拟 一 级 动 力 学 常 数 m i n 1 k 2 为 拟 二 级 动 力 学 常 数 g m g 1 h 1 k 3 为 A v r a m i 分 数 模 型 吸 附 速 率 参 数 h 1 等 温 吸 附 试 验 用 L a n g m u i r F r e u n d l i c h 和 S i p s 等 温 吸 附 模 型 进 行 拟 合 模 型 如 下 1 7 3 1农 业 环 境 科 学 学 报 第 4 2 卷 第 8 期 q e q m a x K L C e 1 K L C e 4 q e K F C 1 n F e 5 q e K S C n S e 1 a S C n S e 6 式 中 q m a x 为 C F B 1 P 估 计 吸 附 污 染 物 的 最 大 量 m g g 1 K L K F 和 n F 分 别 为 L a n g m u i r 平 衡 常 数 L m g 1 F r e u n d l i c h 吸 附 系 数 m g g 1 L m g 1 1 n 和 指 数 K S L g 1 和 n S 是 S i p s 模 型 相 应 的 恒 定 异 质 性 因 子 采 用 S P S S 2 6 0 软 件 进 行 方 差 分 析 显 著 性 差 异 水 平 设 置 为 0 0 5 实 验 中 数 据 处 理 以 及 图 表 绘 制 采 用 O r i g i n 2 0 1 8 P h o t o s h o p 2 0 1 9 和 J a d e 6 0 进 行 处 理 2 结 果 与 讨 论 2 1 材 料 表 征 分 析 通 过 扫 描 电 镜 观 察 B C C F B 1 P S B 及 C F B 1 P 的 表 面 形 貌 如 图 1 a 所 示 B C 表 面 具 有 一 定 的 褶 皱 结 构 并 含 有 丰 富 的 孔 隙 结 构 这 是 由 于 骨 粉 在 厌 氧 条 件 下 高 温 热 解 所 致 同 时 这 些 多 孔 结 构 也 有 利 于 C M C F e S 颗 粒 及 P S B 的 负 载 如 图 1 b 所 示 可 以 清 晰 地 观 察 到 大 量 的 颗 粒 物 质 均 匀 的 分 散 在 B C 表 面 及 孔 隙 中 B C 的 加 入 可 以 有 效 地 抑 制 F e S 颗 粒 的 团 聚 增 加 其 分 散 性 从 而 为 P b 的 固 定 化 提 供 更 多 的 活 性 位 点 如 图 1 c 所 示 在 扫 描 电 镜 下 P S B 呈 表 面 光 滑 短 棒 状 形 态 在 图 1 d 中 同 样 发 现 了 短 棒 状 的 P S B 分 散 或 聚 集 在 C F B 1 P 上 证 实 了 功 能 菌 剂 的 成 功 制 备 图 2 a 展 示 了 B C C F B 1 和 C F B 1 P 三 种 材 料 的 F T I R 图 谱 可 以 发 现 B C 在 3 4 1 6 1 6 3 7 1 4 5 5 c m 1 和 1 0 3 1 c m 1 处 存 在 峰 带 分 别 与 O H C O C O 和 O C O 官 能 团 相 一 致 1 7 1 9 此 外 5 5 3 c m 1 和 6 0 2 c m 1 处 的 峰 带 代 表 官 能 团 中 磷 和 氧 的 不 对 称 振 动 2 0 2 2 在 负 载 C M C F e S 粒 子 后 C F B 1 的 O H 峰 带 移 至 3 4 1 3 c m 1 这 是 由 于 C M C F e S 与 B C 表 面 分 子 间 氢 键 作 用 所 致 此 外 O C O 和 C O 等 峰 带 在 C F B 1 中 也 出 现 一 定 程 度 的 偏 移 表 明 B C 负 载 C M C F e S 颗 粒 过 程 中 C O O H C O 和 O C O 官 能 团 扮 演 着 关 键 作 用 当 P S B 进 一 步 固 定 在 C F B 1 上 时 C F B 1 的 多 种 官 能 团 如 C O O C O 和 O H 的 伸 缩 振 动 和 强 度 都 有 所 增 加 表 明 C O O C O 和 O H 等 官 能 团 有 利 于 P S B 固 定 在 C F B 1 上 此 外 在 C F B 1 P 固 定 化 P b 后 表 面 O H 和 O C O 官 能 团 伸 缩 振 动 对 应 的 峰 带 发 生 了 位 移 而 C O 伸 缩 振 动 对 应 的 峰 的 强 度 降 低 表 明 O H O C O 及 C O 参 与 了 P b 的 固 定 化 过 程 C F B 1 P 中 位 于 5 6 4 c m 1 处 的 峰 带 也 发 生 轻 微 偏 移 表 明 P O 3 4 基 团 可 能 通 过 化 学 沉 淀 固 定 P b 总 的 来 说 可 以 推 测 O H O C O P O 3 4 和 C O 是 C F B 1 P 钝 化 P b 的 主 要 官 能 团 图 2 b 展 示 了 C F B 1 C F B 1 P 和 C F B 1 P 固 定 化 P b 后 三 种 材 料 的 X R D 图 谱 值 得 注 意 的 是 可 以 在 C F B 1 图 谱 中 观 察 到 4 0 0 4 4 8 3 4 和 6 1 7 0 处 F e S 所 对 应 的 三 个 特 征 峰 2 3 C F B 1 耦 合 P S B 后 在 C F B 1 P 上 同 样 也 发 现 了 F e S 特 征 峰 进 一 步 证 明 F e S 颗 粒 成 功 地 负 载 在 功