隨著有機(jī)肥在農(nóng)田上的施用,土壤抗生素污染問題逐漸凸顯,且有機(jī)物-重金屬復(fù)合污染是普遍的存在形式。由于生物炭原材料來源廣泛、廉價易得、無二次污染,且具有固碳作用、土壤改良作用等潛在的優(yōu)勢,因此,相對于其他修復(fù)方式而言,生物炭更具有應(yīng)用前景。目前,盡管生物炭已經(jīng)有針對各種重金屬及有機(jī)污染物的研究,但對于重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染的研究還不多。選取油菜秸稈和蠶砂兩種生物質(zhì)材料作為原材料,在限氧條件制備不同溫度(300-700℃)的生物炭,并分別通過元素分析、比表面、熱重、紅外光譜、X-射線衍射等表征手段對其物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析。選取鉛及磺胺二甲嘧啶(SMT)為兩種目標(biāo)污染物,進(jìn)行動力學(xué)及等溫吸附實驗,及pH及鉛對磺胺二甲嘧啶吸附的影響實驗。此外,選取紅壤和棕壤兩種土壤,并對其進(jìn)行鉛和磺胺二甲嘧啶外源復(fù)合污染,添加不同含量的生物炭進(jìn)行修復(fù),并通過BCR和TCLP兩種方法對其修復(fù)效果進(jìn)行評價。結(jié)果如下:(1)隨著熱解溫度的升高,生物炭的產(chǎn)率降低,pH值、比表面增大,C含量及灰分含量增加。H、O、N元素含量以及H/C、O/C的比值隨溫度升高而減小,而C/N的比值增大。生物炭逐漸由無序向有序態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,其疏松的烷烴結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿姆枷憬Y(jié)構(gòu);羥基-OH、C=O、-COOH等有機(jī)基團(tuán)漸減弱甚至消失,而灰分含量逐漸增加。不同溫度下,熱解制備的生物炭具有一定的pH緩沖能力。(2)不同生物炭對SMT的最大吸附量順序為:RW400RW300RW600R500R700,EW300EW400EW600EW700E500,其表面有機(jī)官能團(tuán)和生物炭的比表面在吸附中占有重要作用,而由二級動力學(xué)模型可以很好地對其動力學(xué)進(jìn)行擬合(其中R20.99)表明,SMT在生物炭上發(fā)生了化學(xué)吸附,其表面的有機(jī)官能團(tuán)和灰分組成都可能與其吸附機(jī)制有關(guān);不同生物炭對SMT的最大吸附量順序為:RW600RW400RW500RW300,EW600EW500EW300,灰分組成是其吸附的最主要的機(jī)制,如磷酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽。(3)在生物炭對SMT的吸附實驗中,溶液的pH值可以影響生物炭表面的電荷以及SMT的存在形式,影響SMT在生物炭上的吸附�？傮w而言,不同生物炭的最大吸附量均發(fā)生在SMT的兩個pKa值之間(pH=2.28-7.42),且pH值越接近5,吸附量越大。另外,Pb~(2+)會占據(jù)生物炭表面的部分吸附位點,因此,Pb~(2+)的存在也會影響SMT在生物炭表面的吸附。(4)在Pb~(2+)和磺胺二甲嘧啶復(fù)合污染的土壤中生物炭可以有效的鈍化污染物,降低污染物的環(huán)境風(fēng)險。用生物炭處理可以有效的降低土壤中酸溶態(tài)金屬Pb~(2+)的含量,促進(jìn)酸溶態(tài)Pb向其他形態(tài)轉(zhuǎn)化,尤其可以使土壤中的殘渣態(tài)Pb~(2+)的含量增加,使得金屬離子被鈍化而固定下來。增加生物炭的用量和延長生物炭的處理時間同樣能夠強(qiáng)化鈍化效果。對有機(jī)物SMT而言,土壤的性質(zhì)對其TCLP提取態(tài)有重要的影響,pH越高,陽離子交換量CEC越大,TCLP提取態(tài)有機(jī)物就越高;而TCLP提取態(tài)重金屬則隨土壤pH降低而增加,隨時間延長而降低。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X53
文章目錄
摘要
Abstract
縮略語表
第一章 前言
1.1 土壤重金屬污染
1.1.1 我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀、危害及特點
1.1.2 我國鉛污染現(xiàn)狀、來源及危害
1.2 土壤重金屬污染修復(fù)措施
1.2.1 物理化學(xué)修復(fù)
1.2.2 化學(xué)修復(fù)
1.2.3 生物修復(fù)
1.2.4 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)
1.3 修復(fù)效果評價方法
1.3.1 單一提取法
1.3.2 連續(xù)提取法
1.4 土壤有機(jī)物污染
1.4.1 傳統(tǒng)有機(jī)污染物的來源、現(xiàn)狀及危害
1.4.2 新型有機(jī)污染物的來源、現(xiàn)狀及危害
1.4.3 土壤有機(jī)污染物的治理
1.5 生物炭
1.5.1 生物炭的定義、來源和性質(zhì)
1.5.2 生物炭的性質(zhì)
1.5.3 生物炭在污染物修復(fù)方面的應(yīng)用
1.5.4 生物炭對污染物吸附的作用機(jī)理
1.6 選題意義及研究內(nèi)容
1.6.1 選題意義
1.6.2 研究內(nèi)容
第二章 生物炭的制備及基本理化性質(zhì)
2.1 材料與儀器
2.2 實驗方法
2.2.1 生物炭原材料的預(yù)處理
2.2.2 生物炭的制備方法
2.3 生物炭的表征
2.3.1 產(chǎn)率及灰分測定
2.3.2 pH值測定
2.3.3 比表面及孔徑分布
2.3.4 元素分析
2.3.5 熱重（TG）分析
2.3.6 傅里葉紅外光譜（FTIR）特征
2.3.7 數(shù)據(jù)分析
2.4 結(jié)果與討論
2.4.1 生物炭的物理性質(zhì)
2.4.2 熱重分析
2.4.3 生物炭的紅外光譜FTIR
2.4.4 生物炭的掃描電鏡（SEM）
2.5 本章小結(jié)
第三章 生物炭對溶液中鉛及SMT的批量吸附實驗
3.1 材料與儀器
3.2 實驗方法
3.2.1 pH值的確定
3.2.2 生物炭對溶液中SMT的批量吸附實驗
3.2.3 生物炭對溶液中鉛的批量吸附
3.2.4 生物炭對溶液中鉛及SMT的共同吸附
3.3 結(jié)果與討論
3.3.1 pH值預(yù)試結(jié)果
3.3.2 磺胺二甲嘧啶的批量吸附
3.3.3 Pb在生物炭上的動力學(xué)吸附
3.4 本章小結(jié)
第四章 生物炭對鉛及磺胺二甲嘧啶復(fù)合污染土壤的修復(fù)
4.1 材料與儀器
4.2 實驗方法
4.2.1 模擬人為污染土壤及老化處理
4.2.2 污染物的形態(tài)及有效性分析
4.3 結(jié)果與討論
4.3.1 土壤的基本理化性質(zhì)
4.3.2 生物炭處理對土壤Pb的的BCR提取形態(tài)的影響
4.3.3 生物炭處理對土壤的TCLP提取態(tài)Pb和SMT的影響
4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論、創(chuàng)新點及展望
5.1 結(jié)論
5.2 創(chuàng)新點
5.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
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本文編號：
1198433
