【摘要】：尋找高效廉價的土壤重金屬的鈍化材料,對于治理土壤重金屬污染極為重要。本文選用水稻秸稈、稻殼、小麥秸稈與甘蔗渣4種農(nóng)業(yè)廢棄物為原料,在500℃下熱解2 h制備4種生物炭(分別標(biāo)記為RS、RH、WH與SC),研究不同原料制備的生物炭對重金屬Pb、Cd、Cu與Zn污染水稻土的理化性質(zhì)及鈍化效果的影響。另外,研究在300℃、500℃與700℃下熱解2 h的水稻秸稈生物炭(以RS300、RS500與RS700表示)對重金屬Pb、Cd、Cu與Zn污染水稻土的理化性質(zhì)及重金屬有效態(tài)的影響,探究不同熱解溫度的生物炭對土壤重金屬Pb、Cd、Cu與Zn污染的鈍化效果,旨為生物炭應(yīng)用于土壤重金屬污染修復(fù)實踐提供參考依據(jù)。主要結(jié)果如下:(1)生物炭的元素性質(zhì)與原料種類、熱解溫度緊密相關(guān)。RS、RH、WH與SC的pH在6.9-10之間,RS的pH和產(chǎn)率最高;WH的灰分、N含量、O含量、H/C、O/C及(O+N)/C高于其它3種生物炭;而SC的pH、灰分、產(chǎn)率、N含量、O含量、O/C及(O+N)/C最低。4種生物炭均有明顯的蜂窩結(jié)構(gòu)。此外,隨熱解溫度升高,生物炭的pH、灰分及C含量增加,其產(chǎn)率、H含量、O含量、H/C、O/C及(O+N)/C,均隨熱解溫度增加而降低。隨著熱解溫度升高,生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)越來越明顯,700℃制備的生物炭的整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷的趨勢。(2)生物質(zhì)原料影響土壤重金屬的鈍化效果。4種生物炭均能提高土壤的pH、電導(dǎo)率、速效磷及水溶性有機碳含量。同空白相比,生物炭添加量為1.5%和3%時,土壤pH增加了0.1-0.7個單位,速效磷及水溶性有機碳含量的增幅分別為14.3%-93.8%和7.0%-55.7%。且土壤pH、電導(dǎo)率、速效磷及水溶性有機碳含量均隨生物炭添加量的增加而增加。與空白相比,生物炭能顯著降低土壤中可交換態(tài)重金屬的含量(p0.05)。所有處理中,WH3、RS3及WH1.5處理降低土壤的可交換態(tài)Pb、Cd、Cu與Zn含量幅度均超過60%。添加RS、WH與SC處理對土壤Cd的鈍化效果優(yōu)于RH處理。WH與RS對污染稻田土壤Cu與Zn鈍化效果優(yōu)于RH及SC。3%用量的生物炭鈍化效果優(yōu)于1.5%用量。總之,WH及RS更適宜作為Pb、Cd、Cu與Zn復(fù)合污染的土壤修復(fù)劑,3%添加量鈍化效果較好。(3)熱解溫度影響生物炭鈍化土壤重金屬的效果。與空白相比,不同熱解溫度的生物炭均能顯著提高土壤pH、電導(dǎo)率、速效磷及水溶性有機碳含量(p0.05)。土壤的pH與電導(dǎo)率隨生物炭熱解溫度上升而提高,而土壤的速效磷及水溶性有機碳含量的增幅隨生物炭熱解溫度上升而降低。與空白相比,生物炭處理下土壤的pH值、電導(dǎo)率、速效磷含量及水溶性有機碳含量均顯著增加。添加RS300、RS500與RS700生物炭培養(yǎng)后,與空白相比,土壤的有效態(tài)Pb、Cd、Cu、Zn含量分別降低了10.2%-24.2%、10.7%-25.2%、12.8%-27.6%和4.2%-4.9%,有效態(tài)Zn的降低幅度低于其他3種重金屬。RS300處理鈍化土壤中的Pb與Cd的效果最佳;而RS700處理鈍化土壤中的Cu的效果最佳。相對而言,RS700及RS300的鈍化效果優(yōu)于RS500�？傊�,RS300鈍化土壤Pb與Cd的效果較好,RS700鈍化土壤Cu的效果較好,而不同溫度生物炭鈍化土壤的Zn效果差異不顯著。(4)WH與RS因灰分含量、pH及O/C比較高,對土壤pH的影響大于RH與SC,致使它們鈍化重金屬的能力強于RH與SC。RS300鈍化土壤Pb與Cd的效果較好,歸因于RS300較高的O/C比。RS700鈍化土壤Cu效果較好,可能與其較高的pH及灰分含量有關(guān)。本研究結(jié)果對生物炭的應(yīng)用具有重要的實際價值,對合理利用農(nóng)業(yè)廢棄物及治理土壤多重金屬復(fù)合污染等問題具有重要意義。
【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】：2018
【分類號】：X53
【圖文】：

圖 1 不同原料制備的生物炭的掃描電鏡圖1 Scanning electron microscopy of of biochars prepared from different feed原料制備的生物炭的紅外譜圖如圖 2 所示�？梢钥闯觯锾糠逶� 500、810、1110、1410、1630 與 3580 cm-1處。在 3400-3振動，1595-1630 cm-1為芳香化 C=C 伸縮（吳偉祥等 2015）中有羥基伸縮振動峰（3580 cm-1）和芳香化 C=C 伸縮振動峰（1解溫度下，不同原料制備的生物炭的紅外光譜具有相似的變化，WH 及 SC 的 P-O 官能團（1110 cm-1）對應(yīng)的吸收峰減弱， Si-OH 吸收峰，RS 與 RH 有明顯的 Si-OH（810 cm-1）吸收峰有 Si-O-C 或 Si-O-Si 結(jié)構(gòu)，這可能與稻稈及稻殼生物炭的灰關(guān)。

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wave number (cm-1)圖 2 不同原料制備的生物炭的 FTIR 光譜Fig 2 FTIR spectroscopy of biochars prepared from different pyrolysis temperatures 3 為 3 種不同熱解溫度制備的生物炭的表面形貌電鏡照片，其中 a、b 300℃、500℃及 700℃的稻稈生物炭。觀察圖 3 發(fā)現(xiàn)，熱解溫度 300結(jié)構(gòu)不清晰，整體未展開，堆疊成一團，無明顯的孔隙結(jié)構(gòu)；在 500的生物炭孔隙發(fā)育趨于完善，結(jié)構(gòu)清晰、層次分明且表面光滑；相對于炭結(jié)構(gòu)，當(dāng)熱解溫度升到 700℃，水稻秸稈生物炭的整體結(jié)構(gòu)有分裂續(xù)增大出現(xiàn)破裂，隨后整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷的趨勢。

【參考文獻】

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本文編號：2746117