不同来源生物炭的特性及去除溶液中重金属离子的机理研究
发布时间：2022-04-23 09:59
随着经济的发展和人口的增长,环境重金属污染问题日益突出。我国是农业大国,生物质资源丰富,但浪费严重。将生物质转化成生物炭,并将其应用于环境污染治理是有效利用生物质资源、改善环境污染的有效途径之一。但是生物炭的特性受原料种类和热裂解工艺的影响极大,且大多生物炭需要经过改性才能成为良好的吸附剂。因此,本文主要通过比较不同原料、制备条件和改性方法对生物炭特性及污染物去除的影响,探索生物炭去除重金属的机理。具体内容如下:选用不同原料并采用慢速热裂解、快速热裂解和气化三种热化学转化方式制备不同的生物炭。通过电镜扫描（SEM）、元素测定、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和比表面积测定等方法表征了生物炭的特性,通过电感耦合等离子发射光谱（ICP-AES）和紫外-可见分光光度计（UV-Vis）分别测定了不同生物炭对重金属离子和亚甲基蓝（MB）的去除效率,并将快速热裂解稻壳炭应用于酸性铅污染的土壤,旨在探索原料及热裂解工艺对生物炭的特性及其去除污染物效率的影响。结果表明:随温度升高,生物炭产量（38.15%-43.45%）、氧含量（6.50%-24.20%）、氢含量、O/C比和H/C比降低,而灰分含量（2...
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 生物炭概述
1.1.1 生物质的热裂解
1.1.2 生物炭的制备方法
1.1.3 生物炭的特性及影响因素
1.2 重金属污染现状
1.2.1 重金属污染物的来源及特点
1.2.2 环境重金属污染现状
1.3 重金属污染去除技术
1.3.1 水溶液中重金属的去除技术
1.3.2 土壤重金属污染修复技术
1.4 生物炭去除重金属离子的研究进展
1.4.1 生物炭去除水中重金属离子的研究
1.4.2 生物炭去除土壤中重金属离子的研究
1.4.3 生物炭去除重金属离子的机制
1.4.4 生物炭吸附重金属离子的等温模型
1.4.5 生物炭吸附重金属离子的动力学模型
1.5 生物炭的改性
1.5.1 物理改性
1.5.2 化学改性
1.5.3 生物炭的磁化处理
1.5.4 金属氧化物改性
1.6 课题研究的目的意义、技术路线及主要内容
1.6.1 本研究的意义
1.6.2 技术路线
1.6.3 主要研究内容
第二章 生物炭的制备、特性分析及去除污染物的研究
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 试验试剂与仪器
2.2.2 生物炭的制备
2.2.3 生物炭特性测定方法
2.2.4 生物炭吸附试验
2.2.5 土壤试验
2.3 结果与讨论
2.3.1 生物炭产量分析
2.3.2 生物炭基本理化性质比较
2.3.3 不同生物炭表面形态及比表面积分析
2.3.4 不同生物炭表面官能团分析
2.3.5 不同生物炭去除污染物效率比较
2.3.6 生物炭对酸性茶园土壤中可浸提元素的影响
2.4 本章小结
第三章 五种生物炭去除溶液中重金属离子的机理分析
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 试验试剂与仪器
3.2.2 生物炭的制备
3.2.3 生物炭中无机组分的去除方法
3.2.4 生物炭中有机组分的去除方法
3.2.5 生物炭特性测定方法
3.2.6 生物炭吸附重金属离子前后溶液p H值测定
3.2.7 生物炭吸附重金属前后溶液中金属元素和磷元素浓度的测定
3.3 结果与讨论
3.3.1 生物炭吸附重金属后表面官能团的变化
3.3.2 生物炭吸附重金属后表面晶体种类的变化
3.3.3 生物炭吸附重金属后溶液p H值的变化
3.3.4 生物炭吸附重金属后溶液中离子浓度的变化
3.3.5 酸洗对生物炭吸附重金属离子的影响
3.3.6 有机组分的去除对生物炭吸附重金属离子的影响
3.4 本章小结
第四章 五种生物炭的改性及其去除溶液中单一/混合重金属离子的机理研究
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 试验试剂与仪器
4.2.2 生物炭的制备与改性
4.2.3 改性生物炭的表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 生物炭表面形态和比表面积分析
4.3.2 不同改性生物炭去除重金属效率的比较
4.3.3 H_2O_2改性牛粪炭的灰分和元素分析
4.3.4 H_2O_2改性牛粪炭吸附重金属前后表面元素分析(EDS)
4.3.5 生物炭吸附重金属前后XRD分析
4.3.6 生物炭表面酸性官能团含量及吸附重金属前后FTIR图谱分析
4.3.7 生物炭吸附重金属离子的等温线
4.3.8 吸附等温模型
4.3.9 生物炭吸附单一Pb~(2+)的动力学分析
4.4 本章小结
第五章 快速热裂解桃枝炭的改性及其去除溶液中Pb~(2+)/Cd~(2+)及亚甲基蓝的机理研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 试验试剂与仪器
5.2.2 快速热裂解桃枝炭的制备与改性
5.2.3 桃枝炭特性测定方法
5.2.4 改性桃枝炭吸附试验
5.2.5 吸附模型
5.3 结果与讨论
5.3.1 改性桃枝炭扫描电镜分析及FeCl_3-PEB表面Fe元素分析
5.3.2 改性桃枝炭的元素分析
5.3.3 改性桃枝炭比表面积及孔容分析
5.3.4 改性桃枝炭表面官能团分析
5.3.5 改性桃枝炭的XRD分析
5.3.6 改性桃枝炭去除Pb~(2+)/Cd~(2+)/亚甲基蓝效率的比较
5.3.7 KOH-PEB和 H_3PO_4-Air-PEB吸附等温曲线
5.3.8 KOH-PEB和 H_3PO_4-Air-PEB吸附Pb~(2+)和亚甲基蓝动力学
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤重金属污染现状与危害及修复技术研究进展[J]. 崔斌,王凌,张国印,孙世友,耿暖,茹淑华,陈贵今. 安徽农业科学. 2012(01)
[2]重金属污染土壤稳定/固化修复技术研究进展[J]. 郝汉舟,陈同斌,靳孟贵,雷梅,刘成武,祖文普,黄莉敏. 应用生态学报. 2011(03)
[3]磷酸活化法活性炭性质对亚甲基蓝吸附能力的影响[J]. 左宋林,刘军利,杨建校,蔡旋. 林产化学与工业. 2010(04)
[4]我国土壤污染现状及治理措施[J]. 熊严军. 现代农业科技. 2010(08)
[5]生物质热解气化机理研究进展[J]. 李雪瑶,应浩. 精细石油化工进展. 2009(10)
[6]土壤重金属污染修复的研究[J]. 杨海琳. 环境科学与管理. 2009(06)
[7]水体重金属污染现状及其治理技术[J]. 黄海涛,梁延鹏,魏彩春,林华,莫国林. 广西轻工业. 2009(05)
[8]水体重金属污染现状及其治理方法研究进展[J]. 朱映川,刘雯,周遗品,雷泽湘. 广东农业科学. 2008(08)
[9]Heavy metal contamination and source in arid agricultural soil in central Gansu Province,China[J]. LI YU~(1,2,*) GOU Xin~3 WANG Gang~3 ZHANG Qiang~2 SU Qiong~1 XIAO Guoju~2 1.School of Chemical Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou 730000,China. 2.Institute of Arid Meteorology,China Meteorological Administration,Gansu Key Laboratory of A rid Climate Changes and Disaster Reduction,Lanzhou 730020,China 3.Key laboratory of Arid and Grassland Ecology,Ministry of Education,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China. Journal of Environmental Sciences. 2008(05)
[10]木质素快速热裂解试验研究[J]. 谭洪,王树荣,骆仲泱,余春江,岑可法. 浙江大学学报(工学版). 2005(05)
本文编号：3646956
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 生物炭概述
1.1.1 生物质的热裂解
1.1.2 生物炭的制备方法
1.1.3 生物炭的特性及影响因素
1.2 重金属污染现状
1.2.1 重金属污染物的来源及特点
1.2.2 环境重金属污染现状
1.3 重金属污染去除技术
1.3.1 水溶液中重金属的去除技术
1.3.2 土壤重金属污染修复技术
1.4 生物炭去除重金属离子的研究进展
1.4.1 生物炭去除水中重金属离子的研究
1.4.2 生物炭去除土壤中重金属离子的研究
1.4.3 生物炭去除重金属离子的机制
1.4.4 生物炭吸附重金属离子的等温模型
1.4.5 生物炭吸附重金属离子的动力学模型
1.5 生物炭的改性
1.5.1 物理改性
1.5.2 化学改性
1.5.3 生物炭的磁化处理
1.5.4 金属氧化物改性
1.6 课题研究的目的意义、技术路线及主要内容
1.6.1 本研究的意义
1.6.2 技术路线
1.6.3 主要研究内容
第二章 生物炭的制备、特性分析及去除污染物的研究
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 试验试剂与仪器
2.2.2 生物炭的制备
2.2.3 生物炭特性测定方法
2.2.4 生物炭吸附试验
2.2.5 土壤试验
2.3 结果与讨论
2.3.1 生物炭产量分析
2.3.2 生物炭基本理化性质比较
2.3.3 不同生物炭表面形态及比表面积分析
2.3.4 不同生物炭表面官能团分析
2.3.5 不同生物炭去除污染物效率比较
2.3.6 生物炭对酸性茶园土壤中可浸提元素的影响
2.4 本章小结
第三章 五种生物炭去除溶液中重金属离子的机理分析
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 试验试剂与仪器
3.2.2 生物炭的制备
3.2.3 生物炭中无机组分的去除方法
3.2.4 生物炭中有机组分的去除方法
3.2.5 生物炭特性测定方法
3.2.6 生物炭吸附重金属离子前后溶液p H值测定
3.2.7 生物炭吸附重金属前后溶液中金属元素和磷元素浓度的测定
3.3 结果与讨论
3.3.1 生物炭吸附重金属后表面官能团的变化
3.3.2 生物炭吸附重金属后表面晶体种类的变化
3.3.3 生物炭吸附重金属后溶液p H值的变化
3.3.4 生物炭吸附重金属后溶液中离子浓度的变化
3.3.5 酸洗对生物炭吸附重金属离子的影响
3.3.6 有机组分的去除对生物炭吸附重金属离子的影响
3.4 本章小结
第四章 五种生物炭的改性及其去除溶液中单一/混合重金属离子的机理研究
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 试验试剂与仪器
4.2.2 生物炭的制备与改性
4.2.3 改性生物炭的表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 生物炭表面形态和比表面积分析
4.3.2 不同改性生物炭去除重金属效率的比较
4.3.3 H_2O_2改性牛粪炭的灰分和元素分析
4.3.4 H_2O_2改性牛粪炭吸附重金属前后表面元素分析(EDS)
4.3.5 生物炭吸附重金属前后XRD分析
4.3.6 生物炭表面酸性官能团含量及吸附重金属前后FTIR图谱分析
4.3.7 生物炭吸附重金属离子的等温线
4.3.8 吸附等温模型
4.3.9 生物炭吸附单一Pb~(2+)的动力学分析
4.4 本章小结
第五章 快速热裂解桃枝炭的改性及其去除溶液中Pb~(2+)/Cd~(2+)及亚甲基蓝的机理研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 试验试剂与仪器
5.2.2 快速热裂解桃枝炭的制备与改性
5.2.3 桃枝炭特性测定方法
5.2.4 改性桃枝炭吸附试验
5.2.5 吸附模型
5.3 结果与讨论
5.3.1 改性桃枝炭扫描电镜分析及FeCl_3-PEB表面Fe元素分析
5.3.2 改性桃枝炭的元素分析
5.3.3 改性桃枝炭比表面积及孔容分析
5.3.4 改性桃枝炭表面官能团分析
5.3.5 改性桃枝炭的XRD分析
5.3.6 改性桃枝炭去除Pb~(2+)/Cd~(2+)/亚甲基蓝效率的比较
5.3.7 KOH-PEB和 H_3PO_4-Air-PEB吸附等温曲线
5.3.8 KOH-PEB和 H_3PO_4-Air-PEB吸附Pb~(2+)和亚甲基蓝动力学
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]土壤重金属污染现状与危害及修复技术研究进展[J]. 崔斌,王凌,张国印,孙世友,耿暖,茹淑华,陈贵今. 安徽农业科学. 2012(01)
[2]重金属污染土壤稳定/固化修复技术研究进展[J]. 郝汉舟,陈同斌,靳孟贵,雷梅,刘成武,祖文普,黄莉敏. 应用生态学报. 2011(03)
[3]磷酸活化法活性炭性质对亚甲基蓝吸附能力的影响[J]. 左宋林,刘军利,杨建校,蔡旋. 林产化学与工业. 2010(04)
[4]我国土壤污染现状及治理措施[J]. 熊严军. 现代农业科技. 2010(08)
[5]生物质热解气化机理研究进展[J]. 李雪瑶,应浩. 精细石油化工进展. 2009(10)
[6]土壤重金属污染修复的研究[J]. 杨海琳. 环境科学与管理. 2009(06)
[7]水体重金属污染现状及其治理技术[J]. 黄海涛,梁延鹏,魏彩春,林华,莫国林. 广西轻工业. 2009(05)
[8]水体重金属污染现状及其治理方法研究进展[J]. 朱映川,刘雯,周遗品,雷泽湘. 广东农业科学. 2008(08)
[9]Heavy metal contamination and source in arid agricultural soil in central Gansu Province,China[J]. LI YU~(1,2,*) GOU Xin~3 WANG Gang~3 ZHANG Qiang~2 SU Qiong~1 XIAO Guoju~2 1.School of Chemical Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou 730000,China. 2.Institute of Arid Meteorology,China Meteorological Administration,Gansu Key Laboratory of A rid Climate Changes and Disaster Reduction,Lanzhou 730020,China 3.Key laboratory of Arid and Grassland Ecology,Ministry of Education,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China. Journal of Environmental Sciences. 2008(05)
[10]木质素快速热裂解试验研究[J]. 谭洪,王树荣,骆仲泱,余春江,岑可法. 浙江大学学报(工学版). 2005(05)
本文编号：3646956
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3646956.html
