刺五加药渣生物炭联合过硫酸盐修复石油污染土壤研究.pdf

摘要

随着《土壤污染防治法》、《土壤污染防治行动计划》的逐步出台以及第

三次全国土壤普查工作的有序推进，在十四五期间土壤污染防治由“坚定”

走向“深入”的关键窗口期，面对原油开采、运输以及石油化工行业所导致

的土壤污染问题，结合目前中药渣固体废弃物妥善处置与资源化的需求，将

废弃的刺五加中药渣转化成为具有高附加价值的生物炭材料，以刺五加药渣

生物炭联合过硫酸盐实现土壤中石油烃的有效降解，达到“以废治废”的可

持续发展目标。本文探究了刺五加药渣生物炭联合过硫酸盐修复石油污染土

壤的效果与机制，并从生态学角度进行了评价，得到以下研究结果。

以黑龙江省地道中药材刺五加的药渣为原材料，高温热解制备获得刺五

加药渣生物炭，通过多种测试表征方法进行材料微观形貌与表面结构的表征，

结果表明刺五加药渣生物炭主要为介孔碳，比表面积为5.4934m²/g。拉曼光

谱、X射线衍射、傅里叶红外光谱等测试结果均表明刺五加药渣生物炭具有

较高的石墨化程度与电子转移能力以及一定的反应活性位点，有利于活化过

硫酸盐降解污染物。将制备获得的刺五加药渣生物炭（BC）分别作用于过二

硫酸盐（PDS）与过一硫酸盐（PMS），考察BC/PDS体系与BC/PMS体系氧

化降解土壤中石油烃的性能，并通过响应曲面法建立数学模型得到最优化的

反应参数，在BC/PDS体系中，在生物炭BC投加量为5.5wt%，PDS投加量

为1.6mmol/g，土水比为1：4.20时，模型预测的石油烃去除率最大，为43.8%；

在BC/PMS体系中，在生物炭BC投加量为3.0wt%，PMS投加量1.27mmol/g，

土水比为1：3.84时，模型预测的石油烃去除率最大，为53.6%。平行实验的

结果验证了模型的准确性。

本文探究了BC/PDS体系与BC/PMS体系氧化降解污染物机理的差异，

结合猝灭实验、电子顺磁共振实验和电化学测试的结果，发现BC/PDS体系

存在以石油烃和BC-PDS表面复合体之间电子转移的非自由基过程为主，而

BC/PMS体系以经典的自由基过程氧化降解有机物，硫酸根自由基（SO4•−）

是其主要活性物种。此外，本文发现环境中氯离子的存在能够促进上述高级

氧化体系的氧化能力，而碳酸氢根离子则表现出明显的抑制作用，硫酸根离

子的影响可忽略不计。刺五加药渣生物炭的存在使得过硫酸盐导致的土壤酸

化问题得到缓解。采用种子发芽和根伸长实验与微生物多样性测试对刺五加

药渣生物炭/过硫酸盐体系应用于石油污染土壤修复的效果与可行性进行了

评估，结果表明BC/PDS体系更适合作为石油烃污染土壤的修复手段。上述

结果为该体系的应用与推广提供了理论支撑。

关键词：刺五加药渣；生物炭；过硫酸盐；土壤修复

Abstract

WiththegradualpromulgationoftheSoilPollutionPreventionandControl

LawandtheSoilPollutionPreventionandControlActionPlan,aswellasthe

orderlyprogressofthethirdnationalsoilcensus,duringthecriticalwindowperiod

ofsoilpollutionpreventionandcontrolfromfirmtoin-depthduringthe14thFive

YearPlanperiod,inthefaceofsoilcontaminationcausedbyoilextraction,

transportation,andthepetrochemicalindustry,combinedwiththecurrentdemandfor

properdisposalandresourceutilizationofsolidwastefromChinesemedicine

residues,transformingwastebiomassintobiochar