改性生物炭对莠去津和烟嘧磺隆的吸附机理及环境行为影响研究
发布时间：2021-06-17 07:55
本论文选取农业废弃物花生壳作为生物炭原料,分别制备了不同热解温度下的花生壳生物炭以及蒙脱土-花生壳复合生物炭和磷酸改性花生壳生物炭材料,结合表征手段,系统研究了生物炭材料对莠去津和烟嘧磺隆的吸附效果、影响因素和机理,探究了蒙脱土复合生物炭和磷酸改性生物炭对莠去津和烟嘧磺隆在土壤中消解的影响,考察了磷酸改性生物炭修复土壤中莠去津污染的同时对细菌群落结构的影响。通过以上研究为生物炭及其复合材料在农药污染阻控及修复方面提供科学的理论依据和技术方法,主要结果如下:1.制备了不同热解温度（300℃、450℃和600℃）和不同除灰处理（未除灰、水洗、酸洗）的9种花生壳生物炭。随着热解温度的升高,生物炭比表面积增大,芳香性增强,极性降低。生物炭对莠去津和烟嘧磺隆的吸附是疏水性分配作用、孔隙填充作用、氢键、电子供体-受体作用等多种机制共同作用的结果,各部分的作用大小取决于生物炭的炭化程度和农药的初始浓度。酸洗比水洗除灰效果好,灰分可以通过特定的相互作用与莠去津和烟嘧磺隆结合,但高温生物炭的灰分会影响吸附。2.制备了蒙脱土-花生壳复合生物炭（MMT/BC）,与生物炭（BC）相比,MMT/BC的孔容和孔径...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物炭改性示意图（RAJAPAKSHA,etal.,2016）
中国农业科学院博士学位论文第一章绪论10（2012）制备的石墨烯涂层棉木生物炭对亚甲蓝的吸附量为174mg/g，是未改性棉木生物炭的20多倍，这是由生物炭表面的石墨烯片层与亚甲蓝的芳香分子之间通过强大的π-π相互作用结合导致的。含氧官能团可以通过生物炭与污染物之间的氢键和络合作用促进对有毒有机化合物的吸附，同时，金属阳离子、金属阴离子因受到静电吸引可被结合到这些含氧官能团上。然而，生物炭表面存在的大量官能团和矿物成分也会阻隔其表面孔隙，进而对上述吸附机制产生负面影响（NGUYEN,etal.,2007）。总之，生物炭复合材料的吸附能力一般高于单一生物炭材料，对污染物的吸附也是多种机制共同作用的结果。图1-3改性生物炭对无机和有机化合物的吸附机理（PREMARATHNA,etal.,2019b）Fig.1-3Possiblemechanismsofadsorptionofinorganicandorganiccompoundsonmodifiedbiochar1.6莠去津和烟嘧磺隆研究概况1.6.1莠去津莠去津，又名阿特拉津英文通用名：AtrazineCAS号：1912-24-9化学名：2-氯-4-乙基胺-6-异丙基胺-1,3,5-三嗪分子式：C8H14ClN5分子量：215.68
中国农业科学院博士学位论文第一章绪论11结构式：见图1-4图1-4莠去津的化学结构Fig.1-4Chemicalstructureofatrazine莠去津纯品是一种没有气味的白色粉末，不易挥发，不易燃，熔点在171-174℃，25℃时在水中的溶解度为33.0mg/L，甲醇中的溶解度为18g/kg，辛醇-水分配系数logKow=2.61，pKa为1.7，氢键供体数2，氢键受体数5，分子大小为8.04×6.71×2.91。在弱酸或弱碱介质中稳定，但在较高温度下，碱或无机酸可使其水解成不活泼的羟基衍生物。莠去津是1952年由Geigy公司研发的一种内吸选择性苗前、苗后的三嗪类除草剂，通过破坏植物体中叶绿体的光系统使杂草致死。适用于玉米、高粱、林地、草地、甘蔗地等控制一年生禾本科、阔叶杂草以及部分多年生杂草。1958年在瑞士获得专利，并注册作商业用途，从那时起，莠去津就成为世界范围内主要使用的除草剂（SOLOMON,etal.,1996）。我国于20世纪80年代初期开始正式使用莠去津，2001年在我国的施用量已达5000吨，并呈上升趋势（孟顺龙等，2009）。莠去津具有较高的溶解度和流动性，可通过渗透或径流的方式进入地表水或地下水（BARBASH,etal.,2001;GRAYMORE,etal.,2001）。因此，在许多国家的地下水、地表水和沉积物中莠去津的检出率明显高于其他农药。徐雄等（2016）针对我国重点流域水体设置了27个采样点分析了29种农药的分布情况，其中莠去津的检出率高达100%，浓度范围在7.0-1289.5ng/L，在松花江流域、黑龙江流域和太湖流域具有潜在的生态风险。Qu等（2017）以湖北省6个富营养化湖泊为检测对象，结果发现几乎所有的湖泊沉积物中都含有莠去津，其中洪湖和凉子湖沉积物中莠去津的含量较高，分别为0.171和0.114mg/kg。Claver等（2006）在西班牙埃布罗河流域发现的最常见和浓度较高的农药中就包含莠去
【参考文献】：
期刊论文
[1]烟嘧磺隆·莠去津对紫花苜蓿具有显著药害[J]. 刘刚. 农药市场信息. 2019(24)
[2]秸秆炭化还田对滴灌棉田土壤微生物代谢功能及细菌群落组成的影响[J]. 王晶,马丽娟,龙泽华,闵伟,侯振安. 环境科学. 2020(01)
[3]我国农田有机和生物污染研究工作展望:基于“农田有毒有害化学/生物污染与防控机制研究”国家重点研发计划项目工作的思考[J]. 何艳,冯佳胤,徐建明. 农业环境科学学报. 2018(11)
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[9]土壤溶磷微生物研究进展[J]. 李海云,孔维宝,达文燕,牛世全. 生物学通报. 2013(07)
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博士论文
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[3]氟乐灵对土壤微生物及氮循环的影响[D]. 杜鹏强.华中师范大学 2018
[4]生物质材料对重金属污染物铜的吸附研究[D]. 陈钰.西南交通大学 2015
[5]氟磺胺草醚对土壤微生物多样性的影响[D]. 吴小虎.中国农业科学院 2014
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硕士论文
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[2]改性生物炭对水中阿特拉津的吸附行为及应用研究[D]. 赵璐璐.东北农业大学 2017
[3]生物炭对土壤中乙草胺环境行为及生物有效性影响规律[D]. 李尧.中国农业科学院 2017
[4]不同环境条件下乙虫腈的降解行为研究[D]. 田发军.河南科技学院 2016
[5]玉米田常用除草剂在土壤中的主要环境行为及残留修复[D]. 梁兵兵.沈阳农业大学 2016
[6]不同生物炭对水中磺胺类抗生素的吸附及机理研究[D]. 赵涛.华南农业大学 2016
本文编号：3234804
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物炭改性示意图（RAJAPAKSHA,etal.,2016）
中国农业科学院博士学位论文第一章绪论10（2012）制备的石墨烯涂层棉木生物炭对亚甲蓝的吸附量为174mg/g，是未改性棉木生物炭的20多倍，这是由生物炭表面的石墨烯片层与亚甲蓝的芳香分子之间通过强大的π-π相互作用结合导致的。含氧官能团可以通过生物炭与污染物之间的氢键和络合作用促进对有毒有机化合物的吸附，同时，金属阳离子、金属阴离子因受到静电吸引可被结合到这些含氧官能团上。然而，生物炭表面存在的大量官能团和矿物成分也会阻隔其表面孔隙，进而对上述吸附机制产生负面影响（NGUYEN,etal.,2007）。总之，生物炭复合材料的吸附能力一般高于单一生物炭材料，对污染物的吸附也是多种机制共同作用的结果。图1-3改性生物炭对无机和有机化合物的吸附机理（PREMARATHNA,etal.,2019b）Fig.1-3Possiblemechanismsofadsorptionofinorganicandorganiccompoundsonmodifiedbiochar1.6莠去津和烟嘧磺隆研究概况1.6.1莠去津莠去津，又名阿特拉津英文通用名：AtrazineCAS号：1912-24-9化学名：2-氯-4-乙基胺-6-异丙基胺-1,3,5-三嗪分子式：C8H14ClN5分子量：215.68
中国农业科学院博士学位论文第一章绪论11结构式：见图1-4图1-4莠去津的化学结构Fig.1-4Chemicalstructureofatrazine莠去津纯品是一种没有气味的白色粉末，不易挥发，不易燃，熔点在171-174℃，25℃时在水中的溶解度为33.0mg/L，甲醇中的溶解度为18g/kg，辛醇-水分配系数logKow=2.61，pKa为1.7，氢键供体数2，氢键受体数5，分子大小为8.04×6.71×2.91。在弱酸或弱碱介质中稳定，但在较高温度下，碱或无机酸可使其水解成不活泼的羟基衍生物。莠去津是1952年由Geigy公司研发的一种内吸选择性苗前、苗后的三嗪类除草剂，通过破坏植物体中叶绿体的光系统使杂草致死。适用于玉米、高粱、林地、草地、甘蔗地等控制一年生禾本科、阔叶杂草以及部分多年生杂草。1958年在瑞士获得专利，并注册作商业用途，从那时起，莠去津就成为世界范围内主要使用的除草剂（SOLOMON,etal.,1996）。我国于20世纪80年代初期开始正式使用莠去津，2001年在我国的施用量已达5000吨，并呈上升趋势（孟顺龙等，2009）。莠去津具有较高的溶解度和流动性，可通过渗透或径流的方式进入地表水或地下水（BARBASH,etal.,2001;GRAYMORE,etal.,2001）。因此，在许多国家的地下水、地表水和沉积物中莠去津的检出率明显高于其他农药。徐雄等（2016）针对我国重点流域水体设置了27个采样点分析了29种农药的分布情况，其中莠去津的检出率高达100%，浓度范围在7.0-1289.5ng/L，在松花江流域、黑龙江流域和太湖流域具有潜在的生态风险。Qu等（2017）以湖北省6个富营养化湖泊为检测对象，结果发现几乎所有的湖泊沉积物中都含有莠去津，其中洪湖和凉子湖沉积物中莠去津的含量较高，分别为0.171和0.114mg/kg。Claver等（2006）在西班牙埃布罗河流域发现的最常见和浓度较高的农药中就包含莠去
【参考文献】：
期刊论文
[1]烟嘧磺隆·莠去津对紫花苜蓿具有显著药害[J]. 刘刚. 农药市场信息. 2019(24)
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博士论文
[1]生物炭对土壤中乙氧氟草醚环境行为及生物有效性影响[D]. 吴迟.沈阳农业大学 2019
[2]基于稳定同位素探针技术的多环芳烃降解微生物研究[D]. 李继兵.中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) 2018
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硕士论文
[1]异恶草酮残留检测方法的建立及对土壤微生物的影响[D]. 戎丽丽.东北农业大学 2018
[2]改性生物炭对水中阿特拉津的吸附行为及应用研究[D]. 赵璐璐.东北农业大学 2017
[3]生物炭对土壤中乙草胺环境行为及生物有效性影响规律[D]. 李尧.中国农业科学院 2017
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[5]玉米田常用除草剂在土壤中的主要环境行为及残留修复[D]. 梁兵兵.沈阳农业大学 2016
[6]不同生物炭对水中磺胺类抗生素的吸附及机理研究[D]. 赵涛.华南农业大学 2016
本文编号：3234804
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