生物炭吸附固定镉、铜效果的研究

发布时间：2017-04-10 22:03

  本文关键词：生物炭吸附固定镉、铜效果的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着重金属造成的环境污染危害日益凸显,对重金属污染的治理已成为当前研究的热点。生物炭(Biochar)是废弃生物材料经厌氧限温制备而形成的一种碳含量丰富的炭,由于其精密的孔隙结构和独特的表面化学性质,且廉价易加工,生物炭被广泛应用于重金属污染的修复治理中。本文研究内容包括：生物炭的制备与表征；生物炭对水溶液中镉离子、铜离子的吸附特性；盆栽试验中生物炭对土壤镉离子、铜离子吸附效果；田间试验中生物炭对土壤镉、铜污染的钝化效果。 分别在300℃、350℃下,炭化2h,制备樟木炭和棉花秸秆炭,购买小麦秸秆炭、花生壳炭、水稻秸秆炭、竹炭、木炭、活性炭,对上述材料的灰分、产率、pH值、表面官能团、孔隙度等进行表征分析；采用小麦秸秆炭、花生壳炭、木炭、活性炭4种生物炭在不同浓度、不同吸附时间、不同pH值、不同投加量对水溶液中重金属污染物Cd2+、Cu2+的吸附特征；在盆栽试验中,向Cd、Cu污染土壤中添加0g·kg-1、20g·kg-1、50g·kg-1、100g·kg-1木炭作为吸附剂,研究并分析添加木炭前后土壤pH值变化和重金属Cd、Cu总量和有效态变化的规律、小白菜干物质积累量及硝酸盐含量的变化,初步评估生物炭对污染土壤的修复效果；在湖北省大冶市选取一块受Cd、Cu污染的农田作大田试验,设计O kg·亩-1、30kg·亩-1、60kg·亩-1、90kg-亩-14个施炭处理,比较不同处理的土壤Cd、Cu全量、四种化学形态Cd、Cu含量以及种植一季生菜的地上部分和地下部分的Cd、Cu含量,考察施炭处理对土壤Cd、Cu污染的钝化效果。主要结论如下： (1)供试木炭介孔的孔容积达到0.2700cm3·g-1；大孔和微孔的孔容积分别是0.0035cm3·g-1和0.0098cm3·g-1；比表面积为27.5808m2·g1；有机碳含量为8.1929g2·kg-1；pH值为7.91；电镜图下可以看出木炭表面多孔性特征显著,由此可知木炭比表面积巨大,表面能高。 (2)供试小麦秸秆炭、花生壳炭和木炭对Cd2+的等温吸附符合Langmuir方程,最大吸附量分别为0.673、0.134、0.068mg·g-1,而小麦秸秆炭、花生壳炭和活性炭对Cu2+的等温吸附符合Freundlich方程；小麦秸秆炭、花生壳炭和木炭对Cd2+的吸附可在60min内达到平衡,生物炭用量2g·L-1,溶液初始pH为6,小麦秸秆炭、花生壳炭和木炭对Cd2+的吸附效果最佳,且小麦秸秆炭对Cd2+的吸附效果明显优于花生壳炭和木炭对Cd2+的吸附效果,去除率可达91.3%；小麦秸秆炭、花生壳炭和活性炭Cu2+的吸附在10h后达到平衡；生物炭用量8g·L-1,溶液初始pH为6,小麦秸秆炭、花生壳炭对Cu2+的去除率分别为96.12%和92.10%。 (3)在盆栽试验条件下,不同用量的木炭对小白菜干物质积累量的影响各不相同,当木炭用量大于50g·kg-1时,可有效提高小白菜干物质的积累量；Cd、Cu单一污染及复合污染中,小白菜硝酸盐含量随着木炭用量的增加而增加,且随着时间的推移,这种增加趋势愈来愈明显；在Cd、Cu单一污染中,添加木炭可降低小白菜中Cd、Cu的含量,且根中Cd的含量随着木炭用量的增加而减少；在Cd-Cu复合污染中,添加木炭对小白菜中Cd、Cu的含量影响不大；添加木炭后,Cd单一污染土壤的pH值随着时间的推移而逐渐增大,且木炭用量越大,pH值增加越大；木炭用量为50g·kg-1时,就可有效控制土壤中Cd、Cu总量和有效态的含量,在添加木炭180d～270d间可使土壤中Cd、Cu总量和有效态的含量达到相对最低值,270d后土壤中Cd、Cu总量和有效态的含量又开始增加。 (4)田间试验结果表明,施炭60d后的酸交换态镉含量下降了6.58%～17.34%,不施炭处理酸交换态镉含量基本没有变化；不同的处理的Fe-Mn氧化结合态镉含量分别下降了38.18%～53.40%,有机结合态镉含量升高了17.33%～67.24%,残渣态镉含量下降了20.00%～57.60%；亩施90kg木炭可在60d后使土壤中有机结合态铜含量较未施炭的处理升高49.11%；亩施60kg木炭和亩施90kg木炭可在300d时使土壤中残渣态铜含量较未施炭处理残渣态铜含量分别升高1.31%、9.80%； 综上所述,水吸附实验中,供试生物炭品种中,以小麦秸秆炭的吸附固定效果最好,当pH=6,小麦秸秆炭用量分别为2g·L-1、8g·L-1时,其对Cd2+、Cu2+的去除率分别可达96.12%、91.30%；盆栽条件下,木炭用量为50g·kg-1时,在180d～270d间内可使土壤中Cd、Cu总量和有效态的含量达到相对最低值；田间试验中,亩施60kg生物炭酸交换态镉含量下降幅度超过5%,亩施30kg和亩施90kg生物炭酸交换态含量下降比例超过15%,亩施90kg木炭可在60d后使土壤中有机结合态铜含量较未施炭的处理升高49.11%,从而降低土壤重金属的有效态比例。因此,采用生物炭治理修复水土环境中的重金属污染是可行的。
【关键词】：生物炭 吸附固定 镉 铜 钝化效果
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ424;X505
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 国内水体重金属污染现状及防治11-20
• 1.3 国内土壤重金属污染现状及防治20-25
• 1.4 研究内容25-27
• 第2章 生物炭的制备与表征27-32
• 2.1 实验材料、仪器及设备27-28
• 2.2 实验方法28-29
• 2.3 结果与分析29-31
• 2.4 讨论31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 生物炭对水溶液中Cd~(2+)、Cu~(2+)吸附特性的研究32-46
• 3.1 实验试剂、仪器及设备32-33
• 3.2 实验方法33-37
• 3.3 数据统计与分析37
• 3.4 结果与分析37-45
• 3.5 讨论45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 盆栽试验中生物炭对Cd、Cu污染土壤钝化效果的研究46-64
• 4.1 材料和方法46-51
• 4.2 结果与分析51-62
• 4.3 讨论62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 大田试验中生物炭对Cd、Cu污染土壤钝化效果的研究64-84
• 5.1 材料和方法64-70
• 5.2 结果与分析70-82
• 5.3 讨论82-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第6章 讨论与结论84-88
• 6.1 结论84-85
• 6.2 讨论85-88
• 致谢88-89
• 参考文献89-96
• 个人简介96-97

【参考文献】

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1 孙敬亮,武文钧,赵瑞雪,张晓霞;重金属土壤污染及植物修复技术[J];长春理工大学学报;2003年04期

2 周立e，

本文编号：297631