生物炭和负载铁生物炭对镉、砷的吸附钝化效应与反应机制

发布时间：2017-07-01 08:07

  本文关键词：生物炭和负载铁生物炭对镉、砷的吸附钝化效应与反应机制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伴随着采矿和工业活动排放大量重金属引起的水体和农田土壤镉(Cd)和砷(As)污染已经严重威胁到人们的饮用水和农产品安全。生物炭(biochar)因其特殊的理化性质而具有较高的吸附钝化重金属能力。本文以水葫芦或稻草秸秆为原料,制备生物炭和负载铁生物炭,研究其对水溶液体系中Cd和As(V)的吸附效率与反应机制,并应用到土壤-水稻体系中考察其对土壤As生物有效性的影响和控制作用。主要研究内容和结论如下:(1)以水葫芦为原料制备生物炭。水葫芦热解450℃生物炭(BC450)去除水溶液中Cd效果最好,最大吸附量~70 mg kg-1。(2)化学平衡实验和SEM,XPS分析表明离子交换和官能团络合是BC450固定Cd的主要机理。同时,XRD显示BC450吸附Cd后表面有CdCO3,Cd3(PO4)2,Cd3P2和K4CdCl6等晶体沉淀物存在。(3)通过对水葫芦粉末进行Fe改性制备磁性负载铁生物炭(MWs)。初始负载1 M铁溶液,热解终温250℃制备样品(MW2501)吸附水体中As(V)效果最佳,基于Langmuir-Freundlic等式最佳吸附量达到7.4 mg g-1。(4)溶液pH(3-10)对MW2501吸附As(V)的影响较小。此外,当竞争阴离子磷(P)≤0.1 mM或者铬和锑(Cr/Sb)分别≤0.5 m M时对MW2501吸附As(V)几乎没有影响。(5)FTIR和XPS研究显示砷酸根离子与铁氧化物表面羟基络合是其主要吸附机理,络合过程中伴随有少量的As和Fe的氧化还原反应。(6)对稻草秸秆生物炭进行Fe改性制备负载铁生物炭(BCFe),添加到As污染土壤开展水稻盆栽实验。研究结果表明,添加BCFe降低了根际土壤孔隙水As浓度,增加水稻根表铁膜及其吸附As的数量,降低了植株As的浓度,特别降低了~70%糙米As的浓度。
【关键词】：生物炭 负载铁生物炭 钝化 镉 砷
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 重金属Cd、As污染概况和治理技术10-17
• 1.1.1 Cd、As的污染现状与危害10-12
• 1.1.2 水体中Cd、As污染治理技术12-14
• 1.1.3 土壤-水稻体系中As污染治理技术14-17
• 1.2 生物炭及其在环境修复领域的应用17-22
• 1.2.1 生物炭及其结构与性质17-19
• 1.2.2 生物炭的改性19-20
• 1.2.3 生物炭和改性生物炭在水体污染治理中的应用20-21
• 1.2.4 生物炭在土壤污染修复中的应用21-22
• 1.3 选题目标，研究内容，，研究思路与论文框架22-25
• 1.3.1 选题目标与研究内容22-23
• 1.3.2 研究思路与论文框架23-25
• 第二章 生物炭对水溶液体系中Cd的吸附效率和微观反应机理25-39
• 2.1 实验材料与方法25-31
• 2.1.1 实验材料25-26
• 2.1.2 实验方法26-31
• 2.2 结果和讨论31-38
• 2.2.1 生物炭性质31
• 2.2.2 生物炭吸附Cd的等温线和动力学研究31-34
• 2.2.3 生物炭吸附Cd的微观反应机理34-38
• 2.3 本章小结38-39
• 第三章 磁性负载铁生物炭对水溶液体系中As(V)的吸附效率与反应机制39-54
• 3.1 实验材料与方法39-43
• 3.1.1 实验材料39-40
• 3.1.3 实验方法40-43
• 3.2 结果与讨论43-52
• 3.2.1 磁性负载铁生物炭样品最优制备参数43-45
• 3.2.2 磁性负载铁生物炭吸附As(V)的动力学和等温线研究.3645-46
• 3.2.3 pH和竞争阴离子对磁性负载铁生物炭吸附As(V)的影响46-48
• 3.2.4 穿透实验48-49
• 3.2.5 磁性负载铁生物炭的微观性质和吸附As(V)的反应机制49-52
• 3.3 本章小结52-54
• 第四章 负载铁生物炭对土壤—水稻体系As生物有效性的控制作用54-65
• 4.1 实验材料与方法54-57
• 4.1.1 实验材料54-55
• 4.1.2 实验方法55-57
• 4.2 实验结果57-61
• 4.2.1 添加BCFe对土壤根际pH、氧化还原电位的影响57-58
• 4.2.2 BCFe对根际土壤孔隙水Fe、As浓度的影响58-59
• 4.2.3 BCFe对水稻根表铁膜及其富集As的影响59-60
• 4.2.4 BCFe对水稻各部位As含量的影响60-61
• 4.3 讨论61-64
• 4.3.1 BCFe对水稻根际区性质的影响61-63
• 4.3.2 BCFe对水稻As的含量及其转移性质的影响63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 结论与展望65-68
• 5.1 结论65-66
• 5.2 创新点66
• 5.3 展望66-68
• 参考文献68-76
• 攻读学位期间发表的学术论文和申请的专利76-77
• 致谢77

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