聚乙烯亚胺/单宁酸共修饰磁性水热炭强化土壤铬铅稳定化：合成、性能与机理

本研究发现聚乙烯亚胺（PEI）/单宁酸（TA）共修饰磁性水热炭（PEI@MHC-OH）能通过静电作用、孔隙填充和络合等多重机制高效稳定土壤中的铬（Cr）和铅（Pb）。该材料对Cr(VI)和Pb(II)的最大吸附容量分别达132.72 mg/g和116.57 mg/g，28天内使土壤有效态Cr、Pb含量显著降低，且Fe(II)、吡咯-N和石墨-N介导了Cr(VI)的还原过程，为重金属污染土壤修复提供了新型吸附剂方案。

　　

Highlight

PEI@MHC-OH展现出pH依赖性特性，对Cr(VI)和Pb(II)的最高吸附容量分别达到132.72 mg/g和116.57 mg/g。拟合结果证实其吸附过程为化学吸附驱动的复杂吸热反应。在1%添加量下修复28天，土壤有效态Cr和Pb含量分别从70.32 mg/kg和166.55 mg/kg降至22.16 mg/kg和63.13 mg/kg，不稳定态Cr和Pb比例同步下降23.9%和15.0%。

材料合成比例优化实验

为确定最佳合成配比，首先开展材料改性优化实验。固定其他试剂用量，分别添加0.1–0.5 g聚乙烯亚胺（PEI）时发现，随PEI用量增加，材料对Pb(II)和Cr(VI)的吸附容量逐步提升（图S1a）。然而当PEI用量超过0.3 g后，吸附增益趋于平缓，故选择0.3 g作为最优添加量。

结论

本研究成功制备PEI/TA共修饰磁性水热炭（PEI@MHC-OH），用于土壤中Cr和Pb的稳定化。该材料对污染物的吸附为多层吸热过程，在宽pH范围内均保持高吸附容量。添加1% PEI@MHC-OH后，Cr和Pb由不稳定形态向稳定形态转化，有效降低污染物生物有效性。其稳定化机制涵盖静电相互作用、孔隙填充和络合反应，其中Fe(II)、吡咯-N（pyrrolic-N）和石墨-N（graphitic-N）共同驱动Cr(VI)的还原过程。

作者贡献声明

曲建华： 原稿撰写、可视化、方法论、实验操作、数据分析、概念化；孟凡松： 原稿撰写、可视化、实验操作、数据分析；王月英： 审稿编辑、方法论、实验操作；高航： 方法论、实验操作；贾翔宇： 审稿编辑；胡琦： 数据分析；刘天琪： 数据分析；王磊： 数据分析；张颖： 项目指导、资金获取、概念化。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究的已知经济或人际关系冲突。

致谢

本研究受国家重点研发计划（2021YFD1700200）和黑龙江省土壤保护与修复重点实验室资助。