固体废弃物制备的炭质材料对壬基酚吸附与降解的影响

发布时间：2018-06-29 05:20

  本文选题：固体废弃物 + 炭质材料　； 参考：《浙江大学》2017年硕士论文

【摘要】：炭质材料(CMs)对疏水性有机污染物(HOCs)的吸附性能是毋庸置疑的,但其对HOCs降解的影响还在争议之中。一方面,CMs能通过吸附作用降低HOCs的生物有效性,抑制HOCs的降解;另一方面,其又能作为微生物生长的载体并提供养分,从而提高微生物的量和活性,促进HOCs的降解。课题组前期的研究结果表明,针对某一特定壬基酚(Nonylphenol,NP)浓度,水稻秸秆炭存在合适的添加量使其在降低NP生物有效性的同时,促进微生物生长,加快NP降解,降低NP残留,实现CMs-微生物对NP的耦合修复。而该规律是仅适用于水稻秸秆炭,还是广泛适用于所有的CMs是未知的。为探讨这一问题,本文以典型的内分泌干扰物NP作为目标污染物,研究了由种植业固体废弃物制备的CMs (水稻秸秆炭(PRP (酸洗前)、PRC (酸洗后))、竹炭(PBP (酸洗前)、PBC (酸洗后)),工业固体废弃物制备的CMs (污泥炭(ISP)、粉煤灰(IFP (酸洗前)、IFC (酸洗后))和养殖业固体废弃物制备的CMs (鸡粪炭(LCM))对NP的吸附性能以及不同添加量下对NP微生物降解的影响,并与市售的各类商品CMs (石墨炭(GC)、炭纳米管(CNT)、活性炭(AC))进行比较。取得的研究成果如下:(1)十余种CMs对NP的吸附数据可以用Freundlich和Dual-Mode模型较好地拟合。不同的CMs对NP的吸附性能差异很大,其中由水稻秸秆、竹屑制备的CMs吸附性能远远超过了炭纳米管,尤其是竹炭,酸洗前后的竹炭的Freundlich模型拟合参数Kf值分别为61717.7, 78773.2 (mg/Kg)/(mg/L)n),接近活性炭的吸附性能;而粉煤灰、鸡粪、污泥制备的CMs吸附性能较差,尤其是粉煤灰,酸洗前后粉煤灰的Kf值分别为0, 950.858 (mg/Kg)/(mg/L)n;可见,由种植业固体废弃物制备的CMs吸附性能最好,其次是养殖业和工业。(2)两类吸附模型的拟合参数Kf,Kom和QmaxQd分别与CMs理化性质的相关性分析说明Kf,Kom和Qmax.d与CMs的C%、比表面积、孔容(尤其是介孔)、羧基含量呈显著正相关,与灰分含量呈显著负相关。Dual-mode模型拟合结果还说明非线性吸附与孔容相关性更好,而线性分配与比表面积相关性更好。例如,PBC、CNT的孔容大,当Ce=1.5mg/L,非线性吸附所占比例分别为79.67%、55.85%,线性分配所占比例为20.33%、44.15%。(3) NP能够较快地被微生物降解,不添加CMs时NP在10 d内的降解率达50%,符合一阶降解动力学(R20.930)。由种植业固体废弃物(水稻秸秆、竹屑)制备的CMs对NP降解的促进效果最明显,竹炭效果尤其好,当PBC添加量为5 mg和20 mg时,NP降解率分别提高了 19.31%和37.09%;其次是由养殖业固体废弃物(鸡粪)制备的CMs,而由工业固体废弃物制备的CMs对NP的降解有抑制作用,其中污泥炭尤其差,当添加量为50mg时,降解率降低了 85.09%。(4)十余种CMs相比,各类CMs的添加对NP降解的影响不同。第一类,PRP、PRC、LCM、GC和CNT添加过程中存在最适添加量,在此添加量下能够通过吸附作用使NP液相浓度降低到合适范围内,减少对微生物毒害作用,促进NP降解;因此,将这些CMs用作有机污染修复剂时必须严格控制添加量。第二类,IFP、IFC、ISP和AC随着添加量的增加对NP降解的抑制作用增大,主要原因是由于工业固废制备的CMs毒性强并且营养物质匮乏而AC主要是由于其超强的吸附性能降低了 NP的生物有效性;故其不适合用作有机污染的修复剂;第三类,PBP、PBC随着添加量的增加对NP降解的促进作用增大,主要原因是由于其毒性弱并且营养物质含量丰富,因此,竹炭是一种很好的有机污染修复剂。综上所述,不同类型的CMs对NP的吸附性能以及对NP降解的影响差异很大,并不是每种CMs都会出现之前研究中发现的“适量的炭添加能够促进降解”的现象。其中,竹炭不仅对NP有很好的吸附作用而且能够明显地促进NP的降解,是一种环境友好型材料,而由工业固体废弃物制备的CMs则表现出明显的抑制作用,不适合用于有机污染修复。本研究不仅为应用CMs进行HOCs污染的吸附-降解耦合修复提供了理论依据,更为各类固体废弃物的资源化提供了思路。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O647.3;X70

【参考文献】

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本文编号：2081026