活性炭吸附氯化苦
活性炭吸附氯化苦，活性炭具有吸附能力，可用于增強(qiáng)土壤中農(nóng)藥等揮發(fā)性有機(jī)污染物的隔離作用。氯化苦是許多水果和蔬菜作物生產(chǎn)的重要土壤熏蒸劑，但必須盡量減少其排放，以減少排放風(fēng)險(xiǎn)和空氣污染。本研究的目的是確定活性炭吸附氯化苦的能力以及活性炭修復(fù)土壤對(duì)氯化苦排放，土壤氣相濃度，土壤降解和氯化苦生物活性控制土壤害蟲的影響。
活性炭是一種富含碳的多孔材料，通過特殊方法生產(chǎn)活化其作為土壤改良劑，其預(yù)期用途而區(qū)別于其他炭。這類活性炭是通過在有限或無氧條件下加熱有機(jī)物質(zhì)來生產(chǎn)的。一些研究表明，土壤中的活性炭可以增強(qiáng)有機(jī)污染物的隔離作用。例如，活性炭修正案能夠?qū)⑤ソ蚬潭ㄔ谑芪廴镜耐寥乐?。此外，活性炭可用作土壤改良劑，以減少西瑪嗪對(duì)水生環(huán)境的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，草甘膦，(4-氯-2-甲基苯氧基)乙酸(MCPA)，2,4-二氯苯氧基)乙酸(2,4-D)和乙草胺。一些研究表明，在低溫下產(chǎn)生的特制活性炭，如果在土壤正確應(yīng)用，可用于延長(zhǎng)農(nóng)藥的效果，同時(shí)控制它們的潛在污染是有用的。
氯化苦具有快速擴(kuò)散通過農(nóng)業(yè)土壤和選擇性毒性到土壤傳播的病原體，雜草和害蟲。對(duì)于其廣泛的殺生物性質(zhì)，氯化苦今天用作植物前土壤熏蒸劑主要在高值園藝作物如草莓，辣椒和蔬菜。氯化苦也已被確定為甲基溴的可接受替代品，由于其對(duì)平流層臭氧的影響，甲基溴被逐步淘汰為土壤熏蒸劑。然而，由于其高揮發(fā)性，氯化苦在施用于土壤后易受快速排放損失。與其他熏蒸劑一樣，高水平的氯化苦排放可能危及人體健康，也會(huì)導(dǎo)致空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。氯化苦是一種強(qiáng)大的眼睛刺激物，其作用在暴露后隨時(shí)間減少。吸入氯化苦引起危險(xiǎn)，長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)導(dǎo)致呼吸困難。據(jù)報(bào)道，氯化苦可誘導(dǎo)人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。
活性炭中的氯化苦降解
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室孵育實(shí)驗(yàn)以確定活性炭修正對(duì)氯化苦降解的影響。用活性炭以0,2和5%(w/w)的比率修正12.5%含水量(w/w)的土壤。將8克改良的土壤置于20mL透明頂空小瓶中，向每個(gè)小瓶中加入5μL含有150g L-1氯化苦的乙酸乙酯。土壤中氯化苦的初始濃度為93.75μgg -1。在熏蒸施用后立即用鋁蓋和特氟隆面隔膜密封小瓶。然后將處理過的小瓶倒置并置于30℃的培養(yǎng)箱中。在孵育1,3,5,7和10天后，從培養(yǎng)箱中取出來自每個(gè)處理的三個(gè)重復(fù)樣品并立即儲(chǔ)存在-80℃直至氯化苦濃度分析。使用與土壤樣品相同的方法從土壤樣品中提取和分析氯化苦以進(jìn)行殘留物測(cè)定。
圖1.吸附配置。
活性炭吸附實(shí)驗(yàn)
將0.15g活性炭或生物炭稱入20ml透明頂空小瓶中。將三次重復(fù)(每次總共6個(gè)小瓶)放入容器中。容器由兩個(gè)不銹鋼圓柱形盒子構(gòu)成，每個(gè)15厘米內(nèi)徑和4厘米高(圖1)。將5mL純氯化苦液體注入20ml透明頂空小瓶中并放入容器中以產(chǎn)生飽和蒸氣相。將小瓶放入容器后，用鋁帶密封容器。然后將容器置于溫度穩(wěn)定在30℃的培養(yǎng)箱中。孵育3,6,9,12和24小時(shí)后，從培養(yǎng)箱中取出容器。打開容器并在通風(fēng)櫥中通風(fēng)約30分鐘。然后使用與已經(jīng)描述的相同的方法分析活性炭炭或生物炭。
圖2.活性炭和生物炭上氯化苦的吸附量。
活性炭對(duì)氯化苦的吸附能力
吸附在活性炭或者生物炭上的氯化苦量隨著時(shí)間的增加而增加(圖2)。在培養(yǎng)9小時(shí)后，氯化苦吸附到活性炭上的量沒有顯著變化。本研究中使用的活性炭的最大吸附容量小于5mg氯化苦g-1。相反，吸附在生物炭上的氯化苦的吸附量為188mg氯化苦g-1在孵育后24小時(shí)，這顯著高于活性炭。氯化苦遇到活性炭時(shí)必須同時(shí)發(fā)生吸附和降解。氯化苦動(dòng)力學(xué)吸附到活性炭上的量是吸附和降解之間的平衡。在活性炭或未知組分的功能表面基團(tuán)與氯化苦完全反應(yīng)后，吸附在活性炭上氯化苦量可達(dá)到穩(wěn)定的最大值，氯化苦在實(shí)驗(yàn)中保持飽和狀態(tài)。
總之，活性炭對(duì)土壤的修正減少了氯化苦的排放。通過與活性炭的功能性表面基團(tuán)反應(yīng)，加入活性炭可以加速氯化苦的降解。土壤氣相中的氯化苦濃度降低，特別是在土壤頂部5cm處，本研究表明，當(dāng)活性炭修正率小于1%(按重量計(jì))時(shí)，對(duì)病原體和線蟲控制沒有負(fù)面影響。因此，作為肥料或減少氯化苦排放的方法，建議將活性炭修正率1%用于將用氯化苦熏蒸的油田。這些發(fā)現(xiàn)將有助于建立活性炭在土壤熏蒸中的使用指南。
本文作者：董帝豪
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