改性牛粪生物炭对重金属的吸附及稳定化研究

发布时间：2017-12-05 05:29

  本文关键词：改性牛粪生物炭对重金属的吸附及稳定化研究

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【摘要】：牛粪生物炭是将干牛粪在缺氧条件下,低温(≤700°C)热裂解而形成的黑色富碳产物,它具有较大的比表面积和良好的孔隙结构,表面有大量含氧基团和矿物质,对重金属具有较强的吸附作用,可用于土壤改良以及重金属稳定修复。为提高牛粪生物炭对水体和土壤中重金属的吸附稳定能力,本研究采用强碱改性的方法对牛粪生物炭进行处理,并比较了改性处理对于提高其环境修复功能的效果。首先,以干牛粪为前体物质制备牛粪生物炭(记为BC300),通过强碱改性的方法对BC300进行处理,制得改性牛粪生物炭(记为GBC)。通过测定理化性质、元素分析、官能团滴定等方法,对BC300和GBC进行基本理化性质分析。结果表明:GBC的pH值从BC300的9.75提高到9.98;GBC的比表面积为25.94 m2/g,提高为BC300(9.40 m2/g)的2.76倍;酸性含氧官能团总量由0.63 mmol/g增加到0.70 mmol/g,碱性含氧官能团含量由2.60 mmol/g增加到2.93 mmol/g。其次,对BC300和GBC吸附重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的动力学特征和等温吸附规律进行研究。Langmuir model拟合得GBC对Pb(Ⅱ)最大吸附量为192.22mg/g,对Cd(Ⅱ)最大吸附量为40.74 mg/g,BC300对Pb(Ⅱ)最大吸附量为50.41mg/g,对Cd(Ⅱ)最大吸附量为23.63 mg/g,分别提高3.8、1.7倍;吸附平衡时间约为4小时;通过溶液中Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)竞争吸附实验发现GBC和BC300对Pb(Ⅱ)具有更强的吸附作用,Pb(Ⅱ)能够与Cd(Ⅱ)竞争吸附位点;溶液pH的提高有利于提高对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附。然后,通过室内实验研究生物炭对土壤基本理化性质、土壤重金属浸出毒性(TCLP毒性浸出方法)、形态分布(BCR顺序提取法)的影响。结果表明:施加BC300和GBC可以显著降低土壤酸度,提高土壤pH,阳离子交换量和有效磷含量;施加量提高可以促进相应效果的增强;生物炭可能由于吸附作用不同程度的降低了土壤有机质含量;施加生物炭能显著降低土壤浸出毒性提取液中重金属的含量,5%BC300处理对土壤中Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属的浸出量降低效果为Pb(37.5%)Cu(37.1%)Zn(20.6%)Cd(18.5%);5%GBC处理的稳定效果依次为Cu(65.5%)Pb(65%)Cd(55.1%)Zn(54.2%);BC300和GBC主要通过降低土壤中酸提取态重金属的含量,促进其向可还原态、可氧化态和残渣态转化,达到对重金属的稳定;与BC300相比,GBC对重金属的稳定效果更好。
【学位授予单位】：五邑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X505;O647.3

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