【摘要】：重金屬鎘已經(jīng)成為了中國土壤重金屬污染的首要污染物。使用生物炭作為重金屬化學(xué)鈍化劑的方法可以降低可吸收態(tài)及交換態(tài)的重金屬含量來對污染土壤進(jìn)行原位修復(fù),在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保上的巨大優(yōu)勢。本文以毛竹為原料,使用磷酸鹽和磷酸對其進(jìn)行富磷改性實(shí)驗(yàn)后,在自制的固定床熱解制炭裝置上進(jìn)行了改性生物炭的制備實(shí)驗(yàn),對所得改性生物炭進(jìn)行了元素分析、比表面積與孔隙結(jié)構(gòu)分析、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)和環(huán)境掃描電子顯微鏡及能譜儀(ESEM-EDX)等測試。對不同條件下制備的改性生物炭進(jìn)行了對重金屬鎘的吸附實(shí)驗(yàn),根據(jù)吸附容量優(yōu)選出吸附效果較好的改性生物炭,并研究相應(yīng)的吸附特性,并結(jié)合固體產(chǎn)率、孔隙結(jié)構(gòu)分布以及改性生物炭的表面化學(xué)特性,對富磷改性毛竹生物炭對重金屬離子的固定機(jī)制進(jìn)行了探究。主要研究結(jié)果如下:(1)使用三種磷酸鹽(磷酸鉀、磷酸二氫鉀和磷酸氫二銨)和磷酸對毛竹生物質(zhì)進(jìn)行改性并熱解制炭,制備出了不同浸漬劑種類、不同浸漬比和不同熱解終溫條件下的改性生物炭。對它們和毛竹原料生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)、pH值、炭產(chǎn)率和對鎘離子的吸附量進(jìn)行了研究,結(jié)果表明相較于未改性生物炭,四種浸漬劑改性得到的改性炭孔隙結(jié)構(gòu)均得到明顯改善,同時(shí)不同改性生物炭中,磷酸鉀改性生物炭的pH值最高。而熱解終溫越低、浸漬比越低,得到的生物炭的炭產(chǎn)率越高。此外還發(fā)現(xiàn),相較于原料生物炭和其他三種浸漬劑改性得到的生物炭,磷酸鉀改性生物炭的吸附量得到了顯著和最大的提升;對于磷酸鉀改性的生物炭,其在浸漬比為2:1,熱解終溫為550℃的條件下制得的生物炭1-TKP-BC550具有最大的吸附量,達(dá)到238.71mg·g~(-1),為毛竹原料生物炭吸附量的10倍,商業(yè)活性炭吸附量(58.18mg·g~(-1))的4倍。(2)在磷酸鉀改性生物炭對Cd~(2+)的吸附特性研究中,由吸附動力學(xué)研究結(jié)果知,對磷酸鉀改性生物炭來說,準(zhǔn)一級動力學(xué)模型擬合結(jié)果最好,其對重金屬的吸附過程在吸附5h后達(dá)到表觀平衡狀態(tài);由等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,Langmuir模型擬合結(jié)果較好,2-TKP-BC550(252.73mg·g~(-1))和2-TKP-BC750(249.79mg·g~(-1))對Cd~(2+)的最大吸附量為毛竹原料生物炭最大吸附量(25.67mg·g~(-1))的10倍;由不同pH對磷酸鉀改性炭吸附重金屬Cd~(2+)的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果知,磷酸鉀生物炭2-TKP-BC750在pH值為4時(shí)吸附量最大,為271.77 mg·g~(-1),控制pH值為4-6,磷酸鉀改性生物炭的去除率均在70%以上。由FTIR與XRD對不同改性生物炭吸附重金屬前后的表面分析可知,磷酸根基團(tuán)參與到重金屬吸附過程,之后保留在改性生物炭表面,而改性生物炭的含磷組分對重金屬進(jìn)行了化學(xué)吸附,Cd~(2+)結(jié)合溶液中的K~+、Cl~-、PO_4~(3-)、CO_3~2-形成不溶于水的絡(luò)合物,由ESEM對不同改性生物炭吸附重金屬前后的表面分析可知,吸附重金屬鎘后,改性生物炭表面出現(xiàn)含C、O、Si、P、Cd、K等元素的明顯沉淀。因此,磷酸鉀改性炭具有優(yōu)異重金屬吸附能力可能是由于磷酸鉀富磷改性引入的含磷基團(tuán)參與到重金屬化學(xué)吸附過程中,和重金屬發(fā)生沉淀或絡(luò)合作用,生成難溶的磷酸鹽。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X52
【圖文】：

研究路線圖

未改性毛竹生物炭（BC750）吸附Cd2+前后表面形態(tài)（左圖為吸附前，中圖為吸附后）右圖為中圖對應(yīng)EDX結(jié)果圖）

【參考文獻(xiàn)】

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1 黃代寬;李心清;董澤琴;劉永霞;周思;周強(qiáng);余浪;;生物炭的土壤環(huán)境效應(yīng)及其重金屬修復(fù)應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];貴州農(nóng)業(yè)科學(xué);2014年11期

2 杜見第;劉新寬;何代華;劉平;馬鳳倉;李芹;于仲睿;馮寧寧;;水熱處理對電化學(xué)沉積HA涂層物相的影響[J];金屬熱處理;2014年03期

3 馬鐵錚;馬友華;徐露露;付歡歡;聶靜茹;;農(nóng)田土壤重金屬污染的農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)[J];農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào);2013年05期

4 唐秋香;繆新;;土壤鎘污染的現(xiàn)狀及修復(fù)研究進(jìn)展[J];環(huán)境工程;2013年S1期

5 黃益宗;郝曉偉;雷鳴;鐵柏清;;重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)及其修復(fù)實(shí)踐[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

6 丁淑芳;謝正苗;吳衛(wèi)紅;周溶冰;陳建軍;;含磷物質(zhì)原位化學(xué)鈍化重金屬污染土壤的研究進(jìn)展[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年35期

7 羅吉;;我國重金屬污染防治立法現(xiàn)狀及改進(jìn)對策[J];環(huán)境保護(hù);2012年18期

8 李力;劉婭;陸宇超;梁中耀;張鵬;孫紅文;;生物炭的環(huán)境效應(yīng)及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];環(huán)境化學(xué);2011年08期

9 馬新榮;王蕾;溫宏利;鞏愛華;;稱重法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液研究及其不確定度評估[J];巖礦測試;2010年06期

10 王海峰;趙保衛(wèi);徐瑾;車海麗;;重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)及其研究進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2009年11期

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1 陳潛;福建省農(nóng)戶毛竹生產(chǎn)效率研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2015年

2 陳素紅;玉米秸稈的改性及其對六價(jià)鉻離子吸附性能的研究[D];山東大學(xué);2012年

3 鄭順安;我國典型農(nóng)田土壤中重金屬的轉(zhuǎn)化與遷移特征研究[D];浙江大學(xué);2010年

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2 潘麗萍;生物質(zhì)炭對鎘—阿特拉津復(fù)合污染土壤的修復(fù)研究[D];廣西大學(xué);2014年

3 劉天嵩;區(qū)域污廢水重金屬排放總量控制目標(biāo)制定方法及案例研究[D];清華大學(xué);2014年

4 陳健康;紫外輻射改性碳材料對水中重金屬的吸附研究[D];重慶大學(xué);2014年

5 丁華毅;生物炭的環(huán)境吸附行為及在土壤重金屬鎘污染治理中的應(yīng)用[D];廈門大學(xué);2014年

6 羅愛香;竹廢料微波裂解及其產(chǎn)物性質(zhì)的研究[D];南昌大學(xué);2007年

本文編號：2742120