老化生物炭的氧化還原特性及其促進鉻還原機理研究
發(fā)布時間：2021-12-11 13:05
生物碳（biochar）是指生物質在充滿惰性氣體條件下通過低溫熱解產生的富含碳素、高芳香化、難溶并且多孔的固態(tài)材料,當添加到土壤中時,它可以大大的促進養(yǎng)分和污染物的循環(huán)。生物炭表面含有豐富的含氧官能團如羧基、酚羥基、甲氧基、醌基和酮基等,這些基團決定了生物炭可以作為固態(tài)的電子穿梭體,參與到自然界中的氧化還原反應中。已有研究表明,生物炭在添加到土壤中后,在自然條件的影響下其理化性質會發(fā)生改變,長時間的生物炭老化會在其表面生成大量的含氧官能團。同時,生物炭在老化過程中會釋放多種有機化合物（也被稱為生物炭衍生的有機物,BDOM）。已有結果證實,老化過程對生物炭理化性質產生較大影響,但是對其氧化還原特性的影響未見報道。深入研究老化過程對生物炭在土壤環(huán)境中的氧化還原能力的影響,為揭示其生態(tài)效應具有重要的意義。本文研究了在非生物體系中,生物炭經老化處理后生成溶解性生物炭和老化生物炭的規(guī)律,并重點闡明了他們的氧化還原特性以及介導污染物（Cr（Ⅵ））還原轉化的能力。論文的主要內容和結論如下:（1）研究了不同熱解溫度的生物炭（300℃、400℃、500℃、600℃和700℃）釋放BDOM的規(guī)律,并表征了...
【文章來源】：廣東工業(yè)大學廣東省
【文章頁數】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鉻在生物圈中的生物地球化學循環(huán)[8]
廣東工業(yè)大學碩士論文3和RAD51亞細胞限制性的變化，這說明Cr(VI)會損害淋巴細胞DNA。相反，Cr(III)對于人體代謝至關重要，與維持葡萄糖，膽固醇和甘油三酸酯水平，細胞膜穩(wěn)定性，核酸和蛋白質的合成及穩(wěn)定性有關[13]。然而，在高濃度下，Cr(III)對細胞結構產生負面影響[14]。穩(wěn)定的Cr(III)物質與DNA所含有的帶負電荷的磷酸基團之間的靜電相互作用形成誘變且有毒的Cr(III)-DNA復合物，這些復合物影響DNA復制和轉錄，并可能引起誘變[15,16]。圖1-2闡述了鉻吸收對細胞活性的影響機制。圖1-2鉻吸收對細胞活性的影響機制[17]Fig.1-2Generalmechanismsofchromiumuptakeandcellularfate.1.2鉻污染的修復方法及其研究進展重金屬對土壤的污染過程不易被發(fā)現，但污染后果卻相當嚴重，且土壤重金屬污染的不可逆性，因此對重金屬污染的土壤修復是當前環(huán)境問題的重中之重。重金屬污染土壤修復是一個復雜的過程，首先要確定污染源以及污染類型，針對不同的污染類型采取不同的修復方法。鉻的修復可以通過各種物理，化學和生物方法進行。在有機或無機電子供體的存在下，作為強氧化劑的Cr(VI)化合物容易還原為Cr(III)。1.2.1物理修復一般是指采用物理方法去除或者分離土壤中的重金屬的技術。鉻污染土土壤物理修復技術主要包括吸附、電滲析法和土壤洗滌等技術[18-20]。吸附主要用具有吸附性材料比如生物炭和陽離子交換樹脂對鉻進行吸附。電動修復技術是通過電流的作用，在電場的作用下，土壤中的重金屬離子（如Pb、Cd、Cr、Zn等）以電透滲和電遷移的方式向電極運輸，然后集中收集處理。電動修復方法特別適合于低滲透的
廣東工業(yè)大學碩士論文5生物膜轉運。在細胞內部，它借助特定的金屬結合蛋白易位，并通過高度不穩(wěn)定的氧化態(tài)（即Cr(V)和Cr(IV)）最終還原為Cr(III)。有氧微生物和厭氧微生物都具有將Cr(VI)還原為Cr(III)的能力。在有氧的條件下，Cr(V)會以幾種相形式發(fā)生還原，其中Cr(V)減少為中間體Cr(VI)/Cr(V)最后還原為熱力學穩(wěn)定的結果Cr(III)。在厭氧條件下，Cr(VI)本身在細胞呼吸中充當末端電子受體，并經常接收細胞色素b和細胞色素c產生的電子[29,30]。目前，已經有一些菌株被報導可以利用有機碳作為電子供體將Cr(VI)轉化為Cr(III)，例如Pseudomonasdechromaticans,Desulfovibriovulgaris和Leucobactersp。圖1-3微生物細胞去除鉻的機理[28]Fig.1-3Mechanismsofchromiumremovalbyamicrobialcell1.3生物炭研究及進展1.3.1生物炭的定義生物炭是由生物質在低溫（<700℃）厭氧環(huán)境下熱解產生的固態(tài)物質，例如農作物殘渣，糞便和固體廢物。目前國內對于生物炭并沒有十分明確的定義，但國外將其定義為“具有穩(wěn)定性質且富含碳素的多孔碳質固體”。由于其在土壤中的穩(wěn)定性，比表面積大和多孔結構特點，傳統上將生物炭作為土壤改良劑及固碳劑方面施加于土壤。最近研究發(fā)現，生物炭會對土壤中有機碳產生重要影響，會減少土壤中不穩(wěn)定的有機碳，并增加穩(wěn)定的有機碳含量[31]。這有助于土壤固定二氧化碳，因為土壤有機碳是大氣中CO2的來源和吸收者[31]。迄今為止，在許多研究中已經強調了生物炭在農學和環(huán)境效益方面的潛力，主要包括緩解全球變暖，廢物管理，土壤修復以
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Enhanced removal of Cr（Ⅵ） by biochar with Fe as electron shuttles[J]. Jingwen Xu,Yongguang Yin,Zhiqiang Tan,Bowen Wang,Xiaoru Guo,Xia Li,Jingfu Liu. Journal of Environmental Sciences. 2019(04)
[2]Mechanism of Cu（Ⅱ） adsorption inhibition on biochar by its aging process[J]. Yue Guo,Wei Tang,Jinggui Wu,Zhaoqin Huang,Jingyu Dai. Journal of Environmental Sciences. 2014(10)
[3]Enhanced and irreversible sorption of pesticide pyrimethanil by soil amended with biochars[J]. Rai S.Kookana. Journal of Environmental Sciences. 2010(04)
[4]土壤重金屬污染現狀與修復技術研究進展[J]. 崔德杰,張玉龍. 土壤通報. 2004(03)
[5]鉻污染土壤修復技術研究進展[J]. 周加祥,劉錚. 環(huán)境污染治理技術與設備. 2000(04)
本文編號：3534730
【文章來源】：廣東工業(yè)大學廣東省
【文章頁數】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
鉻在生物圈中的生物地球化學循環(huán)[8]
廣東工業(yè)大學碩士論文3和RAD51亞細胞限制性的變化，這說明Cr(VI)會損害淋巴細胞DNA。相反，Cr(III)對于人體代謝至關重要，與維持葡萄糖，膽固醇和甘油三酸酯水平，細胞膜穩(wěn)定性，核酸和蛋白質的合成及穩(wěn)定性有關[13]。然而，在高濃度下，Cr(III)對細胞結構產生負面影響[14]。穩(wěn)定的Cr(III)物質與DNA所含有的帶負電荷的磷酸基團之間的靜電相互作用形成誘變且有毒的Cr(III)-DNA復合物，這些復合物影響DNA復制和轉錄，并可能引起誘變[15,16]。圖1-2闡述了鉻吸收對細胞活性的影響機制。圖1-2鉻吸收對細胞活性的影響機制[17]Fig.1-2Generalmechanismsofchromiumuptakeandcellularfate.1.2鉻污染的修復方法及其研究進展重金屬對土壤的污染過程不易被發(fā)現，但污染后果卻相當嚴重，且土壤重金屬污染的不可逆性，因此對重金屬污染的土壤修復是當前環(huán)境問題的重中之重。重金屬污染土壤修復是一個復雜的過程，首先要確定污染源以及污染類型，針對不同的污染類型采取不同的修復方法。鉻的修復可以通過各種物理，化學和生物方法進行。在有機或無機電子供體的存在下，作為強氧化劑的Cr(VI)化合物容易還原為Cr(III)。1.2.1物理修復一般是指采用物理方法去除或者分離土壤中的重金屬的技術。鉻污染土土壤物理修復技術主要包括吸附、電滲析法和土壤洗滌等技術[18-20]。吸附主要用具有吸附性材料比如生物炭和陽離子交換樹脂對鉻進行吸附。電動修復技術是通過電流的作用，在電場的作用下，土壤中的重金屬離子（如Pb、Cd、Cr、Zn等）以電透滲和電遷移的方式向電極運輸，然后集中收集處理。電動修復方法特別適合于低滲透的
廣東工業(yè)大學碩士論文5生物膜轉運。在細胞內部，它借助特定的金屬結合蛋白易位，并通過高度不穩(wěn)定的氧化態(tài)（即Cr(V)和Cr(IV)）最終還原為Cr(III)。有氧微生物和厭氧微生物都具有將Cr(VI)還原為Cr(III)的能力。在有氧的條件下，Cr(V)會以幾種相形式發(fā)生還原，其中Cr(V)減少為中間體Cr(VI)/Cr(V)最后還原為熱力學穩(wěn)定的結果Cr(III)。在厭氧條件下，Cr(VI)本身在細胞呼吸中充當末端電子受體，并經常接收細胞色素b和細胞色素c產生的電子[29,30]。目前，已經有一些菌株被報導可以利用有機碳作為電子供體將Cr(VI)轉化為Cr(III)，例如Pseudomonasdechromaticans,Desulfovibriovulgaris和Leucobactersp。圖1-3微生物細胞去除鉻的機理[28]Fig.1-3Mechanismsofchromiumremovalbyamicrobialcell1.3生物炭研究及進展1.3.1生物炭的定義生物炭是由生物質在低溫（<700℃）厭氧環(huán)境下熱解產生的固態(tài)物質，例如農作物殘渣，糞便和固體廢物。目前國內對于生物炭并沒有十分明確的定義，但國外將其定義為“具有穩(wěn)定性質且富含碳素的多孔碳質固體”。由于其在土壤中的穩(wěn)定性，比表面積大和多孔結構特點，傳統上將生物炭作為土壤改良劑及固碳劑方面施加于土壤。最近研究發(fā)現，生物炭會對土壤中有機碳產生重要影響，會減少土壤中不穩(wěn)定的有機碳，并增加穩(wěn)定的有機碳含量[31]。這有助于土壤固定二氧化碳，因為土壤有機碳是大氣中CO2的來源和吸收者[31]。迄今為止，在許多研究中已經強調了生物炭在農學和環(huán)境效益方面的潛力，主要包括緩解全球變暖，廢物管理，土壤修復以
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Enhanced removal of Cr（Ⅵ） by biochar with Fe as electron shuttles[J]. Jingwen Xu,Yongguang Yin,Zhiqiang Tan,Bowen Wang,Xiaoru Guo,Xia Li,Jingfu Liu. Journal of Environmental Sciences. 2019(04)
[2]Mechanism of Cu（Ⅱ） adsorption inhibition on biochar by its aging process[J]. Yue Guo,Wei Tang,Jinggui Wu,Zhaoqin Huang,Jingyu Dai. Journal of Environmental Sciences. 2014(10)
[3]Enhanced and irreversible sorption of pesticide pyrimethanil by soil amended with biochars[J]. Rai S.Kookana. Journal of Environmental Sciences. 2010(04)
[4]土壤重金屬污染現狀與修復技術研究進展[J]. 崔德杰,張玉龍. 土壤通報. 2004(03)
[5]鉻污染土壤修復技術研究進展[J]. 周加祥,劉錚. 環(huán)境污染治理技術與設備. 2000(04)
本文編號：3534730
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