生物炭对重金属的长期稳定性研究

发布时间：2017-05-12 02:04

  本文关键词：生物炭对重金属的长期稳定性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物炭由于其性质和结构,多用于土壤重金属修复。但是,受到外界环境影响,生物炭性质可能受到影响,从而影响生物炭修复重金属的效率。本研究先将生物炭分别进行高温老化、冻融循环老化和自然老化,并利用扫描电镜(SEM-EDS)和傅立叶红外(FTIR)研究生物炭表面结构和组成的变化,通过等温吸附实验,对生物炭老化前后对Cd和Pb的吸附,研究老化作用对生物炭吸附重金属Cd、Pb的影响。再将新制备的生物炭分别饱和吸附Cd和Pb,将吸附重金属的生物炭进行高温老化、冻融循环老化、自然老化,使用TCLP提取法提取生物炭中的重金属,研究老化作用对生物炭吸附重金属的稳定性影响。最后将生物炭施入含有Cd和Pb的污染土壤中,将土样分别进行高温老化、冻融循环老化和自然老化,使用TCLP提取法提取生物炭中的重金属,研究老化作用对生物炭修复土壤重金属污染的稳定性影响。主要研究结果如下:(1)在老化作用下生物炭结构和元素组成组成均发生了变化。其中秸秆生物炭表面孔道结构并未发生显著变化,但是在高温老化和冻融循环老化后,秸秆生物炭表面出现破碎现象;生物炭表面的C含量减小,O含量增加,O/C比增加,而且呈现高温老化冻融循环老化自然老化的规律;秸秆生物炭表面含氧官能团发生了显著变化,羟基数量减少,但是C=O、-COOH、P-O、Si-O-Si增加,并出现了CoC键。浮萍生物炭表面蜂窝结构未发生显著变化,但是经过高温老化、冻融循环老化和自然老化后,浮萍生物炭表面蜂窝结构更为清晰;浮萍生物炭在冻融循环和高温老化的作用下,生物炭表面C含量减小,O含量增加,O/C比增加,且高温老化作用冻融循环老化,但是自然老化对浮萍生物炭表面的O、C含量的影响不大;浮萍生物炭在高温老化作用下,-OH减少,同时-COOH、-C=O和P-O键增加,冻融循环老化使浮萍生物炭表面-OH增加,-COOH、-C=O和P-O键也增加,自然老化作用下P-O键增加,其余官能团无显著变化。(2)老化后,生物炭对重金属Cd和Pb的吸附能力均增强了,冻融循环老化、高温老化、自然老化后的秸秆生物炭对Cd最大吸附量分别增加了27.77%,60.65%,12.89%。冻融循环老化、高温老化、自然老化后的浮萍生物炭最大吸附量分别增加了32.67%,83.17%,15.97%。且Cd的最大吸附量均为高温老化冻融循环老化自然老化。冻融循环老化、高温老化、自然老化后的秸秆生物炭对Pb的最大吸附量分别增加了54.48%,44.67%,17.73%。冻融循环老化、高温老化、自然老化后的浮萍生物炭最大吸附量分别增加了53.69%,32.30%,15.77%。且最大吸附量均为冻融循环老化高温老化自然老化。(3)老化作用后,生物炭对重金属的吸附稳定性增强了,在三种老化条件下,秸秆生物炭和浮萍生物炭对Cd的吸附稳定性随着时间的增加而增强,高温老化、冻融循环老化、自然老化分别使饱和Cd的秸秆生物炭TCLP-Cd下降了49.23%、26.09%和18.58%;分别使饱和吸附Cd的浮萍生物炭TCLP-Cd下降了26.16%、21.25%、15.10%;均呈现高温老化冻融循环老化自然老化的规律,浮萍生物炭对Cd的吸附稳定性要强于秸秆生物炭。同时,秸秆生物炭和浮萍生物炭对Pb的吸附稳定性随着时间的增加而增强,高温老化、冻融循环老化、自然老化分别使饱和Cd的秸秆生物炭TCLP-Pb下降了75.40%、37.84%和13.65%;分别使饱和吸附Cd的浮萍生物炭TCLP-Pb下降了77.80%、68.74%、28.58%;均呈现高温老化冻融循环老化自然老化的规律,秸秆生物炭对Pb的吸附稳定性要强于浮萍生物炭。(4)老化作用增强了生物炭修复重金属污染土壤的稳定性。冻融循环老化使秸秆生物炭的TCLP-Cd下降了19.97%,TCLP-Pb下降了25.77%;高温老化使秸秆生物炭的TCLP-Cd下降了25.38%,TCLP-Pb下降了35.28%。冻融循环老化使浮萍生物炭的TCLP-Cd下降了33.32%,TCLP-Pb下降了10.12%;高温老化使浮萍生物炭的TCLP-Cd下降了40.87%,TCLP-Pb下降了22.39%,且均呈现出高温老化冻融循环老化自然老化。
【关键词】：生物炭 老化 稳定性 重金属 修复
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 生物炭概述12-15
• 1.1.1 生物炭简介12
• 1.1.2 生物炭的制备12-13
• 1.1.3 生物炭的稳定性13-14
• 1.1.4 生物炭的性质14-15
• 1.2 生物炭环境修复功能15-17
• 1.2.1 生物炭吸附重金属15-16
• 1.2.2 生物炭吸附有机物16-17
• 1.2.3 生物炭修复土壤污染17
• 1.3 生物炭修复重金属机理17-18
• 1.4 研究内容与目的18-19
• 1.5 研究意义与创新点19-20
• 第二章 老化作用对生物炭基本性质的影响20-26
• 2.1 实验材料及方法20-21
• 2.1.1 生物炭的制备20
• 2.1.2 生物炭性质的测定20-21
• 2.1.3 生物炭的人工老化实验21
• 2.2 生物炭表面结构变化21-24
• 2.3 生物炭官能团变化24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 老化作用对生物炭吸附重金属的影响26-32
• 3.1 实验材料与方法26
• 3.2 老化前后生物炭对Cd的吸附实验26-29
• 3.3 老化前后生物炭对Pb的吸附实验29-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 老化作用对生物炭吸附重金属的稳定性研究32-40
• 4.1 生物炭对重金属吸附稳定性实验32-33
• 4.1.1 老化实验32
• 4.1.2 取样及检测32-33
• 4.2 加速老化条件下生物炭吸附重金属Cd的稳定性研究33-36
• 4.2.1 老化作用对生物炭TCLP-Cd的影响33-34
• 4.2.2 老化作用下生物炭TCLP-pH的变化34-36
• 4.3 加速老化条件下生物炭吸附重金属Pb的稳定性研究36-39
• 4.3.1 老化作用对生物炭TCLP-Pb的影响36-37
• 4.3.2 老化作用下生物炭TCLP-pH的变化37-39
• 4.4 本章小结39-40
• 第五章 老化作用对生物炭修复土壤重金属的稳定性研究40-48
• 5.1 生物炭修复土壤重金属污染的稳定性实验40-41
• 5.1.1 供试土壤40
• 5.1.2 老化实验40-41
• 5.1.3 取样及检测41
• 5.2 老化过程中土壤Cd污染修复效果41-43
• 5.3 老化过程中土壤Pb污染修复效果43-45
• 5.4 老化过程土壤TCLP-pH的变化45-46
• 5.5 本章小结46-48
• 第六章 结论48-50
• 参考文献50-57
• 致谢57

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