生物炭对氧四环素吸附热力学研究和对土壤持水性的影响

发布时间：2020-06-03 06:59

【摘要】：生物炭是一种由生物废弃物通过限氧或厌氧热裂解产生的物质,近年来受到了研究者的广泛关注。同时作为对于焚烧的替代选择,热裂解生物废弃物能减少由焚烧带来的二氧化碳、可吸入颗粒物、有机污染物的产生。由于生物炭较大的比表面积和官能团,生物炭常被作为污染物吸附剂使用在土壤、水环境中。近年来,由于抗生素的滥用,导致了土壤和水环境中抗生素的残留,会带来一系列的环境问题。生物炭对抗生素的吸附作用开始受到研究者的关注。同时,生物炭还被认为是一种廉价高效的土壤改良剂,有利于农作物的增产增收。为研究生物炭对抗生素的锁定效果和土壤持水性的改变效果,本文开展了以下三方面实验:(1)在不同温度下制备玉米秸秆生物炭,通过对氧四环素吸附动力学和吸附热力学实验,研究生物炭热裂解温度对抗生素吸附的影响;(2)培养玉米秸秆生物炭、玉米芯生物炭与粘土矿物(以高岭土为代表)的混合物,研究生物炭相互作用对氧四环素的吸附的影响;(3)研究生物炭对土壤持水性的影响,并在位于河北省某农田中施加不同剂量、不同种类生物炭,研究生物炭在实际环境中对作物的增产效果。实验结果表明:(1)生物炭对氧四环素的吸附是一个自发的吸热过程,高温下(600℃)生成的生物炭对氧四环素的吸附效果更好,可能与生物炭表面关能团的变化有关;(2)在培养30、60、90天后,两种生物炭与粘土矿物混合对氧四环素的吸附量上升,且高于原始粘土矿物,培养过程中不同离子在吸附影响上的效果不同,钙离子对吸附影响较小,而铁离子会一定程度上抑制吸附;(3)生物炭能提高土壤的持水性,并通过为期一年的耕作,生物炭的施加提高了实际农田中春秋两季农作物的产量,产量随生物炭施加量的上升而增大,不同作物的增产效果存在差别,而生物炭的施加对土壤CEC、营养元素等性质没有显著影响,所以我们认为生物炭对土壤持水性的改善作用是生物炭施加入土壤后作物增产的主要原因。
【图文】：

拟合曲线,生物炭,吸附动力学,吸附模型

图２－３生物炭对ＯＴＣ吸附动力学（实线为Ｅｌｏｖｉｃｈ拟合曲线）逡逑ｉｇ．邋２－３邋Ｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｋｉｎｅｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ＯＴＣ邋ｏｎｔｏ邋ｂｉｏｃｈａｒ．邋（Ｔｈｅ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｆｉｔｔｅｄ邋ｉｎｔｏ邋ｔｈｅ邋Ｅｌｏｖｉｃｈ拟二级吸附动力学模型、Ｅｌｏｖｉｃｈ吸附模型、Ｗｅｂｅｒ－Ｍｏｍｓ吸附模合。其中拟二级吸附动力学模型和Ｅｌｏｖｉｃｈ吸附模型为吸附反应模附模型为吸附扩散模型（Ｑｉｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００９）。逡逑级吸附动力学模型：１邋＋邋＾２邋Ｖｅｔ逡逑ｉｃｈ邋吸附模型：＝邋｜ｌｎ（ａｉ？）邋＋邋｜ｌｎ邋ｔｅｒ－Ｍｏｒｒｉｓ邋吸附模型：＝邋／Ｃｖ＾Ｚ２邋＋邋ｃ（？ｔ（ｍｇ／ｇ）表示ｔ时刻ＯＴＣ的吸附量，（？ｅ（ｍｇ／ｇ）表示吸附达平衡时／（ｍｇ＇ｍｉｎ））是拟二级吸附动力学模型的吸附常数，ｃ＾ｍｇ’ｇ＋ｍｉｒＴ１）表，ｂ为Ｅｌｏｖｉｃｈ吸附模型的吸附常数，／＾（ｇ邋Ｏｎｇ邋ｍｉｎＷｙ１）为粒子内扩，Ａｒａｎｃｉｂｉａ－Ｍｉｒａｎｄａ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１５ｉｕ邋ｅｔ

形貌,生物炭

中国地质大学（北京）硕士学位论文逡逑利用场发射扫描电镜对不同温度下制备的生物炭进行形貌表征，如图２－５所示。可逡逑以发现，生物炭仍保留着原始玉米秸秆细胞壁的形貌，，但随着热裂解温度的上升，生物逡逑炭的结构开始逐渐变薄，孔隙也逐渐发育，这种变化可能导致生物炭的比表面积增大，逡逑从而增加了生物炭对ＯＴＣ的吸附力。逡逑（２）生物炭ＦＴＩＲ表征逡逑利用ＦＴＩＲ对３００和６００°Ｃ下生成的玉米秸秆生物炭和铁改性生物炭进行分析，结逡逑果如图２－６所示。从测试结果中我们可以看出，三个样品中均含有Ｓｉ－０的伸缩振动峰逡逑（１０８５、７８６ｃｍ—１）。相较于３００°Ｃ下形成的生物炭，在６００°Ｃ形成的生物炭表现出更强的逡逑芳香环特征峰（１１５９、１５３５邋ｃｍ—１），而脂肪链特征峰减弱（１４３９、２８９７邋ｃｍ—１）。结果表明，逡逑随着热裂解温度的升高，生物炭官能团会发生改变，环状结构会增多（Ａｈｍａｄ邋ｅｔａｌ．，２０１２），逡逑而前人研究中指出
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X53;S156.2

【参考文献】