發(fā)布時(shí)間：2020-07-27 09:09

【摘要】：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,我國(guó)的石油消費(fèi)量逐年增加。石油及其加工品在給我們帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),也帶來(lái)了嚴(yán)峻的環(huán)境污染問(wèn)題。生物炭因其發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和豐富的表面官能團(tuán)等性質(zhì),逐漸成為倍受青睞的環(huán)境污染修復(fù)材料。因而,深入探討生物炭對(duì)石油烴的吸附機(jī)理及石油污染土壤的修復(fù)作用問(wèn)題,對(duì)于今后利用生物炭控制和修復(fù)石油污染土壤具有科學(xué)依據(jù)和應(yīng)用價(jià)值。本研究首先以小麥秸稈和稻殼為原料,在不同熱解溫度下制備生物炭,通過(guò)分析生物炭基本理化性質(zhì)及其對(duì)石油烴的吸附性能,選出吸附效果最佳的麥稈炭和稻殼炭。然后系統(tǒng)探討自制最佳生物炭和購(gòu)買的椰殼炭和棉稈炭對(duì)石油污染土壤釋放出石油烴的吸附效應(yīng)。再進(jìn)一步研究生物炭對(duì)不同程度石油污染土壤中微生物數(shù)量變化和總石油烴及其各組分去除效果的影響。最后分析生物炭施用量對(duì)石油污染場(chǎng)地土壤中總石油烴去除效果及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。主要結(jié)論如下:(1)對(duì)小麥秸稈和稻殼在不同熱解溫度下制備的生物炭進(jìn)行表征。結(jié)果表明,隨著熱解溫度升高,麥稈炭和稻殼炭的比表面積均逐漸增大,且在熱解溫度為600℃時(shí)達(dá)到最大;生物炭得炭率隨溫度升高而降低,灰分則增加;孔隙結(jié)構(gòu)隨溫度升高而更加發(fā)達(dá),孔隙數(shù)量越來(lái)越多;麥稈炭和稻殼炭表面含有羥基、羧基和羰基等多種官能團(tuán),且生物炭熱解溫度越高,生物炭的芳香性越強(qiáng);生物炭吸附柴油實(shí)驗(yàn)得出600℃制備的麥稈炭和稻殼炭吸附效果最佳。(2)通過(guò)進(jìn)行麥稈炭、稻殼炭、椰殼炭和棉稈炭吸附石油污染土壤釋放的石油烴的單因素批量吸附實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:在40 ml油溶液中,反應(yīng)時(shí)間為5 h,溶液pH為5,溶液初始濃度為125.64 mg·L~(-1)(本實(shí)驗(yàn)操作范圍內(nèi)),稻殼炭投加量為40 mg,其余3種生物炭為20 mg時(shí),生物炭對(duì)石油烴的吸附達(dá)到最大值。同時(shí)4種生物炭對(duì)石油烴的吸附能力由大到小為:麥稈炭椰殼炭稻殼炭棉稈炭。吸附動(dòng)力學(xué)和等溫吸附數(shù)據(jù)擬合結(jié)果表明,準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Freundlich模型分別能更好的描述生物炭對(duì)石油烴的動(dòng)力學(xué)和等溫吸附過(guò)程,因此生物炭對(duì)石油烴的吸附是物理和化學(xué)多種機(jī)制共同作用。(3)將生物炭施入不同程度石油污染的土壤后,細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均呈現(xiàn)出先上升后下降并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì),且高濃度石油污染土壤中微生物數(shù)量顯著低于低濃度石油污染的土壤。不同程度石油污染土壤中總石油烴(TPHs)去除率趨勢(shì)為短暫穩(wěn)定后迅速上升然后逐漸減緩。隨著土壤中石油烴含量的增加,TPHs的去除率越低,半衰期越長(zhǎng)。對(duì)于不同程度石油污染的土壤而言,生物炭施入土壤后對(duì)石油烴各組分的去除效果均表現(xiàn)出飽和烴芳香烴極性物質(zhì)。(4)向石油污染場(chǎng)地的土壤中施加不同量的生物炭進(jìn)行修復(fù)。結(jié)果表明,隨著修復(fù)時(shí)間延長(zhǎng),高施用量生物炭的處理(生物炭施加5%)對(duì)TPHs的去除效果最佳。不同生物炭施用量土壤的平均吸光度(AWCD)值均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),在各修復(fù)階段生物炭用量增加顯著增強(qiáng)了土壤微生物的活性。在修復(fù)前期,生物炭的施入降低了微生物對(duì)碳源的利用能力,微生物多樣性指數(shù):豐富度指數(shù)(H),微生物的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)和均一度指數(shù)(U)均無(wú)明顯變化;在中期,微生物對(duì)6類碳源的利用達(dá)到高峰,高施用量生物炭的處理對(duì)碳源的利用能力最強(qiáng),H達(dá)到最大;到修復(fù)后期,不同處理的碳源利用能力均有所下降,微生物以利用羧酸類和多聚物為主,微生物多樣性指數(shù)D和U均升高。
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X53
【圖文】：

山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論化，探討生物炭施用量對(duì)石油污染場(chǎng)地土壤的總石油烴去除效果及微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。1.5.2 技術(shù)路線本課題擬采用的技術(shù)路線如圖 1.1 所示：

這可能與麥稈炭和稻殼炭的原料生物質(zhì)的特性有關(guān)。由此可見(jiàn)，較高的熱解溫度和恰當(dāng)?shù)脑线x擇是制得高比表面積生物炭的重要因素。生物炭的得炭率取決于生物質(zhì)的種類和生物炭制備的工藝技術(shù)。從表 2.3 中稻殼炭和麥稈炭的得炭率結(jié)果可以看出，兩種原料生物炭得炭率均隨著熱解溫度的升高而降低，這與熱解溫度升高，生物質(zhì)中揮發(fā)分損失增多密切相關(guān)[63]，而相同熱解溫度下，稻殼炭的得炭率明顯高于麥稈炭的得炭率，如 700℃時(shí)，稻殼炭和麥稈炭產(chǎn)率分別為35.84%和 24.02%。這與常西亮及林珈羽的研究結(jié)果一致[26,61]。生物質(zhì)中木質(zhì)素含量對(duì)生物炭得炭率有較大的影響[64]，生物質(zhì)的木質(zhì)素含量越高，其制得生物炭的得炭率越大。而稻殼的木質(zhì)素含量略高于小麥秸稈，這也使得稻殼炭得炭率高于麥稈炭。生物炭的灰分主要是指 K、Ca、Mg、Na 及 P、S 等無(wú)機(jī)礦物成分。稻殼炭和麥稈炭的灰分含量結(jié)果表明，兩種原料生物炭表面灰分含量隨溫度升高而增大，這是由于 K、Ca、Mg、Na 等無(wú)機(jī)離子燒結(jié)、融合，形成了無(wú)機(jī)礦物質(zhì)，堿金屬析出量增加，因此導(dǎo)致灰分含量增加[65,66]。2.3.2 掃描電鏡分析RHB300 RHB500 RHB600 RHB700

而稻殼的木質(zhì)素含量略高于小麥秸稈，這也使得稻殼炭得炭率高于麥稈炭。生物炭的灰分主要是指 K、Ca、Mg、Na 及 P、S 等無(wú)機(jī)礦物成分。稻殼炭和麥稈炭的灰分含量結(jié)果表明，兩種原料生物炭表面灰分含量隨溫度升高而增大，這是由于 K、Ca、Mg、Na 等無(wú)機(jī)離子燒結(jié)、融合，形成了無(wú)機(jī)礦物質(zhì)，堿金屬析出量增加，因此導(dǎo)致灰分含量增加[65,66]。2.3.2 掃描電鏡分析圖 2.1 稻殼炭的掃面電鏡圖像Fig. 2.1 SEM of RHBRHB300 RHB500 RHB600 RHB700WSB300 WSB500 WSB600 WSB70020 μm20 μm20 μm20 μm

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2771644