Mechanism of clay mineral modified biochar simultaneously immobilizes heavy metals and reduces soil carbon emissions

生物炭 海泡石 环境化学 环境修复 化学 浸出(土壤学) 热解 活性炭 吸附 阳离子交换容量 土壤污染 土壤水分 环境科学 污染 原材料 土壤科学 生态学 有机化学 生物
作者
Renjie Hou,Bingyu Zhu,Liuwei Wang,Shijun Gao,Rui Wang,Deyi Hou
出处
期刊:Journal of Environmental Management [Elsevier BV]
卷期号:361: 121252-121252 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.jenvman.2024.121252
摘要

Heavy metal pollution in farmland soil has become increasingly severe, and multi-element composite pollution has brought enormous harm to human production and life. Environmental changes in cold regions (such as freeze-thaw cycles and dry-wet alternations) may increase the potential physiological toxicity of heavy metals and exacerbate pollution risks. In order to reveal the effectiveness of sepiolite modified biochar in the remediation of the soil contaminated with lead (Pb), cadmium (Cd), and chromium (Cr), the rice husk biochar pyrolyzed at 500 and 800 °C were selected for remediation treatment (denoted as BC500 and BC800). Meanwhile, different proportions of sepiolite were used for modification (biochar: sepiolite = 1: 0.5 and 1: 1), denoted as MBC500/MBC800 and HBC500/HBC800, respectively. The results showed that modified biochar with sepiolite can effectively improve the immobilization of heavy metals. Under natural conservation condition, the amount of diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) extractable Pb in BC500, MBC500, and HBC500 decreased by 5.95, 12.39, and 13.55%, respectively, compared to CK. Freeze-thaw cycles and dry-wet alternations activated soil heavy metals, while modified biochar increased adsorption sites and oxygen-containing functional groups under aging conditions, inhibiting the fractions transformation of heavy metals. Furthermore, freeze-thaw cycles promoted the decomposition and mineralization of soil organic carbon (SOC), while sepiolite hindered the release of active carbon through ion exchange and adsorption complexation. Among them, and the soil dissolved organic carbon (DOC) content in HBC800 decreased by 49.39% compared to BC800. Additionally, the high-temperature pyrolyzed biochar (BC800) enhanced the porosity richness and alkalinity of material, which effectively inhibited the migration and transformation of heavy metals compared to BC500, and reduced the decomposition of soil DOC.
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