磁性ランタン/鉄変性ベントナイトを活性キャッピング材として用いた堆積物からの内部リン放出の制御

Control of internal phosphorus release from sediments using magnetic lanthanum/iron-modified bentonite as active capping material.

• Jianwei Lin
• Yuying Zhao
• Yanhui Zhan
• Yan Wang

抄録

非磁性のキャッピング材は、適用後の水域からのリサイクルが困難であり、土砂浄化費用の増大につながるという課題がありました。そこで、本研究では、磁性鉄変性ベントナイト（M-FeBT）にランタンを担持させたキャッピング材（磁性ランタン/鉄変性ベントナイト（M-LaFeBT））を作製し、内部リン（P）の担持量を制御することを目的とした。M-LaFeBTのキャッピング効率とメカニズムを明らかにするために、M-LaFeBT及びM-FeBTキャッピングが堆積物中のPの動員に与える影響を調べ、M-LaFeBT及びM-FeBTキャッピング層に結合したPの安定化を評価した。その結果、M-LaFeBTは飽和磁化14.9 emu/gと良好な磁気特性を有し、pH7での最大単層吸着能（Q）は14.3mgP/gと良好なリン酸塩吸着能を示した。 また、M-LaFeBTキャッピングは覆水（OL-水）中の可溶性反応性P（SR-P）濃度を大幅に低減し、低減効率は94.7%〜97.4%であった。さらに、M-LaFeBTキャッピングは、間隙水中のSR-P濃度及びOL水及び沈殿物のプロファイル中のDGT(薄膜中の拡散勾配)-ラベイラビリティーP濃度を有意に減少させた。さらに、M-LaFeBTキャッピング層に結合したPの大部分(約77%)は、自然pH及び還元条件下で安定であった。リン酸塩吸着能はM-FeBTよりもM-LaFeBTの方が高く、Q値は後者の4.86倍であった。M-LaFeBTによるキャッピングは、M-FeBTによるキャッピングに比べてOL水及び沈殿物のプロファイル中のDGT-labile濃度の低減効果が高いことがわかった。また、M-LaFeBTキャッピング層で吸着したPは、M-FeBTキャッピング層で吸着したPよりも安定であった。本研究の結果から、M-LaFeBTはOL水中への堆積物中のPの放出を阻止するためのアクティブなキャッピング材としての利用が有望であることが示された。

The non-magnetic capping materials are difficult to be recycled from the water bodies after their application, leading to the increase in the cost of the sediment remediation. To address this issue, a capping material, i.e., magnetic lanthanum/iron-modified bentonite (M-LaFeBT) was prepared by loading lanthanum onto a magnetic iron-modified bentonite (M-FeBT) and used to control the internal phosphorus (P) loading in this study. To determine the capping efficiency and mechanism of M-LaFeBT, the impact of M-LaFeBT and M-FeBT capping on the mobilization of P in sediments was investigated, and the stabilization of P bound by the M-LaFeBT and M-FeBT capping layers was evaluated. Results showed that M-LaFeBT possessed good magnetic property with a saturated magnetization of 14.9 emu/g, and exhibited good phosphate adsorption ability with a maximum monolayer sorption capacity (Q) of 14.3 mg P/g at pH 7. Moreover, M-LaFeBT capping tremendously reduced the concentration of soluble reactive P (SR-P) in the overlying water (OL-water), and the reduction efficiencies were 94.7%-97.4%. Furthermore, M-LaFeBT capping significantly decreased the concentration of SR-P in the pore water and DGT (diffusive gradient in thin films)-labile P in the profile of OL-water and sediment. Additionally, most of P bound by the M-LaFeBT capping layer (approximately 77%) was stable under natural pH and reducing conditions. The phosphate adsorption ability for M-LaFeBT was much higher than that for M-FeBT, and the Q value for the former was 4.86 times higher than that for the latter. M-LaFeBT capping gave rise to a higher reduction of DGT-labile concentration in the profile of OL-water and sediment than M-FeBT capping. The P adsorbed by the M-LaFeBT capping layer was more stable than that by the M-FeBT capping layer. Results of this study demonstrate that M-LaFeBT is promising for utilization as an active capping material to intercept sedimentary P release into OL-water.

Copyright © 2020 Elsevier Ltd. All rights reserved.