Sustainable Stabilization of Cadmium (Cd)-Contaminated Soil with Biochar-Cement: Evaluation of Strength, Leachability, Microstructural Characteristics, and Stabilization Mechanism

生物炭 污染 水泥 环境科学 环境化学 土壤污染 机制(生物学) 材料科学 冶金 化学 土壤水分 土壤科学 热解 生态学 哲学 有机化学 认识论 生物
作者
Suyun Meng,Chenxi Ge,Guoqing Zhao,Shiwei Hou
出处
期刊:Soil and Sediment Contamination: An International Journal [Taylor & Francis]
卷期号:: 1-18
标识
DOI:10.1080/15320383.2024.2395945
摘要

To facilitate the solid waste reuse of cadmium (Cd)-contaminated soil and biochar and reduce the high emission of cement materials, we employed biochar-cement composite stabilizer to remedy Cd-contaminated soil. We assessed the effects of the biochar-cement composite stabilizer dosage and curing time on stabilized soil strength by using unconfined compressive strength (UCS) tests, leaching concentration and stabilization rate in Cd-contaminated soil stabilized by biochar-cement by using toxicity characteristic leaching procedure, and mechanism of change in strength and leaching characteristics by using scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The research results demonstrate that biochar addition to cement-stabilized soil promoted cement hydration reaction and increased particle agglomeration. A low dosage of biochar improved stabilization effects. The optimal biochar dosage was 5%, which enhanced the early growth speed of the UCS. More cement improved the stabilized soil's UCS. At a 5% cement dosage, adding biochar significantly reduced Cd leaching concentration, and improved the stabilization rate. At a 10% cement dosage, the biochar-cement composite stabilized soil's stabilization rate was >99.8%. Calcium silicate hydrate, calcium aluminate hydrate, and ettringite were the main products of biochar-cement stabilized soil that filled soil and biochar pores; these substances encapsulated, adsorbed, or exchanged ions of Cd2+, achieving stabilization effects.

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