商陆垂序提取物改性膨润土对镉的吸附性能及机理研究

王腾; 陶颖; 李冉; 刘琳; 裴鹏刚; 赵晓东; 孟昭福

文章摘要

王腾,陶颖,李冉,刘琳,裴鹏刚,赵晓东,孟昭福.商陆垂序提取物改性膨润土对镉的吸附性能及机理研究[J].农业环境科学学报,2026,45(7):1676-1685.

商陆垂序提取物改性膨润土对镉的吸附性能及机理研究

Adsorption performance and mechanisms of cadmium by Phytolacca americana var. Decandra extract modified bentonite

投稿时间：2025-07-21

DOI：10.11654/jaes.2025-0700

中文关键词: 商陆垂序有机改性镉络合螯合吸附

英文关键词: Phytolacca americana organic modification cadmium complexation-chelation adsorption

基金项目:山西省高等学校大学生创新训练计划项目（202510122002）；山西省基础研究计划项目（202103021223377，202303021222273）

作者	单位	E-mail
王腾	长治学院生命科学系, 山西省土壤微生物修复技术工程研究中心, 山西长治 046000
陶颖	长治学院生命科学系, 山西省土壤微生物修复技术工程研究中心, 山西长治 046000
李冉	长治学院生命科学系, 山西省土壤微生物修复技术工程研究中心, 山西长治 046000
刘琳	长治学院生命科学系, 山西省土壤微生物修复技术工程研究中心, 山西长治 046000	Linliu@163.com
裴鹏刚	长治学院生命科学系, 山西省土壤微生物修复技术工程研究中心, 山西长治 046000
赵晓东	太原师范学院生命科学学院, 山西晋中 030600
孟昭福	西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100 农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验, 陕西杨凌 712100

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中文摘要:

针对化学表面活性剂改性膨润土在土壤修复中潜在的二次污染风险，以入侵植物商陆垂序（Phytolacca americana）根部提取物为生物基表面活性剂，通过湿法制备生物基改性膨润土（Bio-Bent），探究其对镉（Cd²⁺）的吸附性能与机理。通过批处理吸附实验，结合SEM、XRD、FTIR、XPS等表征手段，系统分析了改性比例、温度及pH对吸附性能的影响及吸附机制。结果表明：当改性比例为0.5%时，Bio-Bent对Cd²⁺的吸附性能最优，25℃下最大吸附量达13.63 mg·g^-1，较原始膨润土提升9.83%。吸附过程符合Freundlich模型，热力学分析表明吸附以自发吸热为主。表征结果表明Bio-Bent对Cd²⁺的吸附机制包括孔隙填充作用、有机包裹层（三异丁基铝、乙二胺四乙酸二钠）的络合螯合作用、层间离子交换与[Cd（H₂O）₆]²⁺物理吸附、CdCO₃沉淀及Cd O配位键形成。研究表明，采用入侵植物商陆垂序提取物改性膨润土可有效提升其对Cd²⁺的吸附性能，达到“以废治污”的目的。

英文摘要:

To mitigate potential secondary pollution from chemically modified bentonite in soil remediation, this study developed an ecofriendly biosurfactant-modified bentonite（Bio-Bent）using root extracts of the invasive plant Phytolacca americana. The adsorption behavior and mechanisms of Bio-Bent toward cadmium（Cd²⁺）were systematically investigated through batch experiments coupled with SEM, XRD, FTIR, and XPS characterization. Key findings include：a 0.5% extract ratio maximized Cd²⁺ adsorption capacity（13.63 mg·g^-1 at 25 ℃）, achieving a 9.83% enhancement over pristine bentonite.The process followed the Freundlich isotherm and exhibited spontaneous endothermic nature. Cd²⁺ removal was attributed to：pore filling and organic coating formation（triisobutylaluminum and EDTA-2Na）; chelation via functional groups（carboxyl/amine）; interlayer ion exchange and physical adsorption of hydrated [Cd（H₂O）₆]²⁺; precipitation as CdCO₃; Formation of Cd-O coordination bonds. This work demonstrates that Phytolacca americana-functionalized bentonite provides a sustainable "waste-valorization" strategy for enhanced Cd²⁺ sequestration in contaminated soils.

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