本文選題：農(nóng)作物秸稈 + 生物質(zhì)炭　； 參考：《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：由于采礦、冶煉、電鍍、化工等工業(yè)"三廢"中重金屬的擴(kuò)散、沉降、積累,燃煤釋放、機(jī)動(dòng)車尾氣、污水灌溉以及含重金屬農(nóng)用物資的大量施用,使得土壤及水體中重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。已有的工程治理或化學(xué)治理方法由于工程量大、成本較高、修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)還可能存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn),不適于大面積的重金屬污染治理。吸附法被認(rèn)為是一種有效的技術(shù),但由于吸附材料價(jià)格昂貴而無(wú)法大面積應(yīng)用,尋求一種廉價(jià)的、高效的、易獲取的吸附材料顯得尤為重要。生物質(zhì)經(jīng)過(guò)一定溫度(300～700℃)限氧裂解可產(chǎn)生生物質(zhì)炭。生物質(zhì)炭具有pH較高、孔隙結(jié)構(gòu)較好、表面官能團(tuán)含量較高以及含有多種無(wú)機(jī)礦物組分等特性,對(duì)溶液中重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附效應(yīng)。將農(nóng)作物秸稈通過(guò)熱裂解制備出生物質(zhì)炭用于吸附水溶液及土壤中的重金屬,不僅能夠?qū)χ亟饘傥廴局卫砥鸬街匾饔?同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用。本研究以常見的農(nóng)作物秸稈作為研究對(duì)象,在450℃下熱裂解制備生物質(zhì)炭。研究了不同作物秸稈生物質(zhì)炭對(duì)溶液中Pb~(2+)及Cd~(2+)的吸附性能;并對(duì)影響其吸附性能的因素進(jìn)行了定量分析;同時(shí),通過(guò)對(duì)生物質(zhì)炭進(jìn)行改性,進(jìn)一步研究其對(duì)重金屬吸附性能和吸附強(qiáng)度的變化。主要研究結(jié)果如下:(1)小麥、水稻、玉米三種秸稈生物質(zhì)炭對(duì)Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)Pb~(2+)的吸附速率分別為0.044、0.019和0.012mg·g-1·h-1對(duì)Cd~(2+)的吸附速率分別為0.195、0.164和0.070mg·g-1·h-1。三者對(duì)不同濃度下Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附符合Langmuir等溫吸附模型,小麥、水稻、玉米三種秸稈炭對(duì)Pb~(2+)的吸附容量分別為99.65、110.31 和 88.82mg·g-1,對(duì) Cd~(2+)的吸附容量分別為 30.64、29.39 和 21.47mg·g-1;小麥和水稻秸稈炭含有較高的碳酸鹽、磷酸鹽等無(wú)機(jī)礦物組分以及相對(duì)較高的陽(yáng)離子交換量,對(duì)溶液中的Pb~(2+)、Cd~(2+)的去除可能以化學(xué)沉淀作用較為突出,而玉米秸稈炭的有機(jī)碳及官能團(tuán)含量較高,孔隙結(jié)構(gòu)較好,比表面積大,可能主要通過(guò)表面吸附及官能團(tuán)的絡(luò)合作用去除溶液中Pb~(2+)、Cd~(2+)。(2)小麥秸稈炭經(jīng)去離子水洗脫之后,所含有的碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽以及磷酸鹽等礦物鹽組分基本去除,有機(jī)官能團(tuán)無(wú)明顯減少,比表面積有所增加;洗脫后生物炭對(duì)Pb~(2+)的動(dòng)力學(xué)吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,洗脫前后吸附速率分別為0.0441和0.1012 mg.g-1·h-1;對(duì)不同濃度下Pb~(2+)的吸附符合Langmuir等溫吸附模型,對(duì)Pb~(2+)的吸附量由洗脫前的99.66 mg·g-1降至洗脫后的22.36 mg.g-1;小麥結(jié)稈炭中礦物鹽組分的溶出量影響其對(duì)溶液中Pb~(2+)的沉淀效應(yīng),由此可見,灰分中無(wú)機(jī)礦物鹽組分對(duì)秸稈生物質(zhì)炭去除重金屬的貢獻(xiàn)較大。在溶液初始pH為2.5時(shí),碳酸鹽和硅酸鹽礦物不易溶出,此時(shí)小麥秸稈炭對(duì)Pb~(2+)的去除能力較差,而當(dāng)溶液初始pH為3.5至6.5時(shí),兩種礦物鹽組分大量溶出,此時(shí)小麥炭對(duì)Pb~(2+)的去除率較高且基本持平。(3)將小麥秸稈負(fù)載鐵錳氧化物燒制改性生物質(zhì)炭。改性的小麥秸稈炭的碳、氫、氧、氮含量分別由 59.84%、3.32%、7.91%及 0.62%降至 44.94%、2.60%、7.63%及0.38%,pH及比表面積變化不大;紅外光譜顯示小麥炭改性之后Si-O-Si峰值有一定程度降低;X射線光電子能譜分析表明,改性之后小麥秸稈炭上C-O鍵含量由8.5 3%降為8.17%,而C=O及O=C-O含量分別由3.15%及1.36%增至3.18%及2.21%,表明改性之后轉(zhuǎn)化或合成了更多的碳氧雙鍵官能團(tuán),有利于對(duì)重金屬離子的螯合作用;掃描電鏡及其能譜分析表明,鐵錳氧化物以細(xì)小顆粒的形式均勻分布在生物質(zhì)炭的孔隙及表面,同時(shí)引進(jìn)了大量的SO42-和K+;對(duì)Pb~(2+)的吸附量由改性之前的121.52mg-g-1提高到276.38 mg·g-1。同時(shí)改性之后的小麥炭對(duì)溶液pH的適用范圍更廣,在溶液pH為2.5時(shí)去除率依然較高。小麥秸稈炭改性之后吸附能力的增強(qiáng)歸因于鐵錳氧化物的專性吸附和大量硫酸根離子的沉淀作用。
[Abstract]:The adsorption capacity of biomass carbon to Pb ~ ( 2 + ) and Cd ~ ( 2 + ) in the solution was determined to be 99.65 , 110.31 and 0.070 mg 路 g ~ ( -1 ) respectively . The adsorption capacity of biomass charcoal was 30.64 , 29.39 and 21.47 mg 路 g - 1 respectively . The adsorption of Pb ~ ( 2 + ) in wheat straw charcoal was determined by the Langmuir isotherm model . The adsorption rate of Pb ~ ( 2 + ) was reduced from 99.66 mg 路 g ~ ( -1 ) before elution to 22.36 mg 路 g ~ ( -1 ) after elution . The carbon , hydrogen , oxygen and nitrogen contents of wheat straw carbon were reduced from 59.84 % , 3.32 % , 7.91 % and 0.62 % to 44.94 % , 2.60 % , 7.63 % and 0.38 % respectively .
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S141;X53;X52

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2089476