生物質(zhì)炭作為環(huán)境友好的鈍化劑在土壤重金屬污染修復(fù)研究領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。土壤中的礦質(zhì)氧化物（如氧化鐵）、粘土礦物和有機(jī)質(zhì)等組分在重金屬固定方面能發(fā)揮重要作用，諸多研究發(fā)現(xiàn)添加生物質(zhì)炭可顯著提高酸性土壤對(duì)重金屬的吸附能力。然而，生物質(zhì)炭改性土壤中生物質(zhì)炭顆粒、礦質(zhì)氧化物、粘土礦物和有機(jī)物對(duì)土壤中重金屬吸附能力的強(qiáng)弱及其鈍化重金屬的機(jī)理仍未研究清楚。海南大學(xué)和佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院一個(gè)合作研究組對(duì)椰纖維生物質(zhì)炭（CFB）增強(qiáng)土壤鈍化鉛（Pb）能力的動(dòng)態(tài)行為及其機(jī)理進(jìn)行了深入研究，相關(guān)研究成果發(fā)表在2019年9月15日的《Geoderma》上。 

　　上圖是椰纖維生物質(zhì)炭（CFB）增強(qiáng)土壤鈍化鉛（Pb）能力的動(dòng)態(tài)行為及其機(jī)理的概要圖。原始土壤顆粒(無(wú)生物炭)能提供-FeO(OH)、SiO₃^2-、Al₂O₃和有機(jī)官能團(tuán)的結(jié)合位點(diǎn)來(lái)固定Pb，但是CFB顆?？梢蕴峁┐罅课?/span>Pb能力更強(qiáng)的PO₄^3-和羧基官能團(tuán)的結(jié)合位點(diǎn)。 

　　該組通過(guò)地球化學(xué)方法研究發(fā)現(xiàn)，將CFB按2%和4%（w/w）添加到土壤中老化培養(yǎng)后，混合土壤對(duì)Pb（600 mg kg^-1）的有效固定量（EDTA不可提取態(tài)Pb）隨著CFB添加量的增加而顯著提升，即添加CFB能顯著增強(qiáng)土壤鈍化Pb的能力。Pb污染土壤培養(yǎng)90天時(shí)，CFB增強(qiáng)土壤鈍化Pb的效果達(dá)到最佳并趨于穩(wěn)定，而培養(yǎng)150天時(shí)，添加2%和4% CFB的混合土壤樣品中有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)Pb含量較對(duì)照土壤分別增加了29.5%和33.5%。 

　　利用北京同步輻射裝置4W1B-X射線熒光微分析實(shí)驗(yàn)站開(kāi)展的微X射線熒光（μ-XRF）測(cè)試分析，結(jié)果顯示，在混合土壤樣品微區(qū)中CFB顆粒比土壤顆粒吸附富集Pb的量更多；利用北京同步輻射裝置1W1B-XAFS實(shí)驗(yàn)站開(kāi)展的X射線吸收譜實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，與對(duì)照土壤相比，培養(yǎng)150天時(shí)混合土壤（添加2% CFB）樣品中腐植酸（HA）結(jié)合Pb以及Pb₃(PO₄)₂組分分別增加了12.5%和6.1%，而腐植酸（HA）結(jié)合Pb組分中Pb(C₂H₃O₂)₂相（含類(lèi)似于C-O-Pb-O-C結(jié)構(gòu)的羧酸Pb）約占71.3%?？傮w而言，當(dāng)CFB改性土壤受到Pb污染時(shí)，原始土壤顆粒(無(wú)生物炭)能提供-FeO(OH)、SiO₃^2-、Al₂O₃和有機(jī)官能團(tuán)的結(jié)合位點(diǎn)來(lái)固定Pb，但是CFB顆?？梢蕴峁┐罅课?/span>Pb能力更強(qiáng)的羧基官能團(tuán)和PO₄^3-的結(jié)合位點(diǎn)，因此CFB改性土壤比對(duì)照土壤具有更強(qiáng)的Pb鈍化能力。 

　　該研究為理解添加生物質(zhì)炭對(duì)鈍化污染土壤中Pb的動(dòng)態(tài)行為與機(jī)理提供了科學(xué)線索。在此類(lèi)研究工作中，同步輻射光源幫助該研究組測(cè)定了重金屬在生物質(zhì)炭顆粒和土壤顆粒上的空間分布狀況，以及土壤各組分固定重金屬的分子形態(tài)。據(jù)研究組組長(zhǎng)、海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院教授吳蔚東介紹，生物質(zhì)炭對(duì)重金屬等污染物的吸附、沉淀、絡(luò)合及螯合等理化反應(yīng)主要發(fā)生在生物質(zhì)炭的表壁，因此，在生物質(zhì)炭基修復(fù)劑推廣應(yīng)用之前，生物質(zhì)炭及其改性材料在吸附鈍化重金屬等污染物過(guò)程中的界面反應(yīng)機(jī)理有待進(jìn)一步研究。更精細(xì)的同步輻射光斑將必定會(huì)有助于微區(qū)原位解析生物質(zhì)炭基修復(fù)劑材料吸附固定重金屬等污染物的分子機(jī)理。 

　　發(fā)表文章： 

　　Jianhong Li ^#, Shan-Li Wang^#, Lirong Zheng, Dongliang Chen, Zhipeng Wu, Yu Xie, Weidong Wu^*, Nabeel Khan Niazi, Yong Sik Ok, J？rg Rinklebe, Hailong Wang^* Sorption of lead in soil amended with coconut fiber biochar: Geochemical and spectroscopic investigations. Geoderma 350(2019), 52–60.