第七届青年地学论坛

生物质固废热解转化为生物炭施入土壤进行重金属修复，被认为同时具有废弃物资源化利用与环境污染修复的双重效益。生物炭表面具有丰富的含氧官能团（如-OH、-C=O）以及共轭碳结构，使其具有良好的氧化还原活性。当生物炭作为还原剂施入土壤用于Cr(VI)的还原稳定化时，土壤矿物质将不可避免地参与这一过程。因此，本论文研究了生物炭与土壤铁矿的交互作用及其诱导Cr(VI)还原稳定化的电子传递机制。研究发现生物炭可以作为电子供体还原Cr(VI)，其电子供体能力随着热解温度（400-800℃）先下降后上升，600℃制备得到的生物炭的电子供体能力最弱。生物炭的主要供电子基团由羟基转变为苯环共轭的碳氧结构。土壤铁矿会降低生物炭对Cr(VI)的还原能力，还原速率常数由2.18-2.47×10^-2 h^-1降低至0.71-1.51×10^-2 h^-1。其主要原因为铁矿对生物炭表面官能团的氧化效应以及铁矿与生物炭形成复合结构覆盖于生物炭表面，阻碍生物炭向Cr(VI)的电子传递。与晶型铁矿相比，游离铁离子与无定形铁矿对生物炭的交互作用更强，对生物炭电子供体能力的抑制作用更显著。铁矿与有机酸的复合作用促进了生物炭还原Cr(VI)的电子传递过程，还原速率常数由2.58-3.05×10^-2 h^-1提升至2.91-27.2×10^-2 h^-1。铁矿与有机酸共存时，对Cr(VI)还原的促进作用归结于两个原因：一方面有机酸可以作为络合剂减少铁矿与生物炭的复合；另一方面，有机酸可以作为电子供体，被生物炭和生物炭还原产生的Fe(II)介导，进而加速这一电子传递过程。总之，生物炭与土壤组分的交互作用会影响其对Cr(VI)的还原稳定化，因此采用生物炭修复Cr(VI)污染土壤时需要充分考虑这些交互过程。
 

生物炭,土壤矿物质,六价铬,还原稳定化,电子传递