發(fā)布時間：2020-07-31 16:37

【摘要】：重金屬污染廣泛來源于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動以及城市污水,影響范圍大、污染程度深,其治理已成為技術(shù)難題。而生物炭(Biochar,BC)作為生物質(zhì)熱解形成的多孔炭材料,通過吸附、沉淀等物理化學(xué)作用對重金屬污染物有較好的去除效果。但生物質(zhì)在熱解過程中會產(chǎn)生大量的可溶性物質(zhì)(Dissolved Biochar,DBC),而DBC的成分較為復(fù)雜,含有溶解性的有機(jī)物質(zhì)(Dissolved Organic Matter,DOM)、陰陽離子以及納米顆粒等。但目前對DBC的研究有限,帶來的環(huán)境影響仍不清晰。因此,本文以BC、水洗生物炭(Washed Biochar,WBC)、DBC為研究對象,對三者物理化學(xué)性質(zhì)、吸附重金屬Pb(Ⅱ)的交互作用與機(jī)理以及對重金屬Pb(Ⅱ)污染土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)的影響開展了深入研究。熱解溫度和水洗過程可以顯著影響生物炭的物理化學(xué)性質(zhì),低溫?zé)峤獾腂C、WBC中含有大量羥基、羧基、亞甲基、芳香類結(jié)構(gòu)等。提高熱解溫度后,H/C值(BC:0.07~0.018,WBC:0.061~0.015)的下降以及紅外特征峰的減少表明官能團(tuán)數(shù)量迅速減少,芳香性提高。熱解溫度的提高還增加了生物炭中Al、Ca、Mg、Mn、Na、Si離子的溶出,提高了BC的堿性。BC與WBC差異較大,相同熱解溫度下BC具有更多的官能團(tuán)種類和更高的碳層缺陷程度(I_D/I_G值),而WBC具有更大的比表面積和芳香性。與BC相比,相同制備溫度下WBC的吸附速率、容量及pH值均有降低。BC、WBC的差異主要是由于DBC造成,進(jìn)而影響二者對重金屬Pb(Ⅱ)的吸附能力與過程。熱解溫度的提高可增加吸附容量和速率,三維熒光光譜表明香蒲BC350中DOM主要為類富里酸(含43.36%)和類腐殖酸(含56.64%),且重金屬Pb(Ⅱ)與類富里酸物質(zhì)結(jié)合能力更強(qiáng)。加入重金屬Pb(Ⅱ)后,BC350溶液DOM濃度下降了51.33%,而BC800溶液中幾乎不含DOM,但其pH在7h內(nèi)由10.49下降至8.04,表明DBC在低熱解溫度時主要靠DOM的結(jié)合作用去除重金屬,在高熱解溫度時主要靠堿性的沉淀作用去除重金屬離子。BC去除重金屬Pb(Ⅱ)的過程符合Langmuir等溫吸附模型與二級動力學(xué)模型。這其中包括物理、化學(xué)吸附,如不溶性碳骨架的孔吸附,DOM與重金屬Pb(Ⅱ)的螯合絡(luò)合,堿性物質(zhì)的沉淀,表面電荷產(chǎn)生的引力,陽離子-π鍵,以及BC-DBC-Pb之間的關(guān)聯(lián)交互作用等。BC、WBC在性質(zhì)以及吸附能力上有較大差異,因此對土壤會產(chǎn)生不同的作用。通過高通量技術(shù)研究BC、WBC、DBC加入含Pb土壤后細(xì)菌群落的變化和演替規(guī)律,得出樣本共產(chǎn)生1055條OTU,12個門,19個綱,60個目,103個科,194個屬,261個種。加入BC的土壤Shannon、Ace、Chao指數(shù)均高于其它樣品,Simpson指數(shù)小于其余樣品,說明BC的加入有利于微生物多樣性的增加,從而使土壤中細(xì)菌群落產(chǎn)生了改變。各土壤樣本細(xì)菌的門水平上有所差異,其中變形菌門(Proteobacteria)豐度最高,其次為擬桿菌門(Bacteroidetes)和厚壁菌門(Firmicutes)等。細(xì)菌的屬水平上也存在差異,其中Macellibacteroides屬、芽胞桿菌屬(Bacillus)、從毛單胞菌屬(Comamonas)以及理研菌屬(Petrimonas)豐度較高。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X53
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 Pb 的吸附，因此，在不同重金屬濃度投加的條件下，可以得到三者之間作用情況；由于在工程應(yīng)用中，BC 所使用的環(huán)境較為復(fù)雜，因此考慮在環(huán)境條件下 BC 吸附重金屬 Pb(Ⅱ)的效果尤為重要，本研究設(shè)計(jì)不同的件研究對該過程的影響，并得到 BC 吸附重金屬 Pb(Ⅱ)的反應(yīng)動力學(xué)與反力學(xué)特性。（4）生物炭對土壤細(xì)菌群落的影響為研究 BC 在修復(fù)被重金屬鉛污染的土壤時土壤中生物群落的演替規(guī)C、WBC、DBC 加入含鉛土壤中，測定土壤中生物群落變化，為 BC 工程時對土壤的影響提供指導(dǎo)，并且對 BC 在應(yīng)用時對環(huán)境可能產(chǎn)生的影響做論支撐。.5.4 技術(shù)路線圖本文技術(shù)線路圖如圖 1-1 所示

圖 3-1WBC800 透射電子顯微鏡分析圖a）1×103倍 b）1×104倍c）2×104倍 d）4×105倍2 比表面積分析比表面積較大是 BC 作為良好吸附材料的優(yōu)勢之一，溫度、生物質(zhì)工藝的差別都會影響到 BC 比表面積的大小進(jìn)而影響其吸附性能[63]作 BC 與 WBC 比表面積等特征，對其進(jìn)行氮?dú)馕矫摳綔y試，圖 N2等溫吸附曲線，隨著熱解溫度由 350℃提升到 800℃，BC 與 W吸附量明顯提高，在相對壓力小于 0.1 時，曲線上升速率較快，表較多的微孔結(jié)構(gòu)，隨著相對壓力的繼續(xù)增大，吸附量也隨之增加。根結(jié)果，BC 比表面積與溫度呈良好的正相關(guān)關(guān)系，BC 的比表面積在 700℃以小于 20 m2/g，當(dāng)熱解溫度達(dá)到 800℃時，比表面積迅速增52 m2/g；對于 WBC，比表面積與溫度呈正相關(guān)，但是其上升更為均溫度達(dá)到 800℃時 BC 與 WBC 比表面積接近。BC 具有豐富的孔隙質(zhì)熱解過程中會產(chǎn)生大量有機(jī)物、生物油、微小顆粒等，這些物質(zhì)生

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文圖 5-3 為對照組和實(shí)驗(yàn)組的 OTU 分布維恩圖，實(shí)驗(yàn)組有 BC、WBC、DB三個土壤樣品，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組與對照組共有的 OTU 數(shù)目為 253 個，對組特有的 OTU 數(shù)目為 12 個，實(shí)驗(yàn)組特有的 OTU 數(shù)目為 69 個，表明加入 BCDBC、WBC 后改變了土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，在一定程度上有利于微生物的存和繁衍，致使微生物的多樣性增加。圖為 4 個樣品的 OTU 分布維恩圖，照組、BC、WBC、DBC 特有 OTU 數(shù)目分別為 12、13、14、11 個，表明四樣品中微生物具有一定的差異性。而 4 個樣本共有的 OTU 數(shù)目為 194 個，整體 OTU 的 76.68%，說明土壤中微生物本身具較高的穩(wěn)定性，在土壤中加BC、WBC、DBC 后，大部分細(xì)菌種群沒有消失，當(dāng)土壤環(huán)境發(fā)生一定變化時細(xì)菌群落也相應(yīng)產(chǎn)生了一定的變化。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王重慶;王暉;江小燕;黃榮;曹亦俊;;生物炭吸附重金屬離子的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2019年01期

2 楊德毅;吾建祥;潘明正;劉莉;虞冰;馬婧妤;;施用不同生物炭對水稻生長及產(chǎn)量的影響[J];農(nóng)業(yè)與技術(shù);2019年02期

3 孫曉鵬;;生物炭的制備與應(yīng)用研究[J];鄉(xiāng)村科技;2019年02期

4 孔德國;周嶺;李坷;張紅美;;炭化時間對長、短絨棉基生物炭性能的影響[J];可再生能源;2017年10期

5 苗微;孟軍;蘭宇;韓曉日;陳溫福;;陳化處理對稻殼生物炭理化性質(zhì)的影響[J];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2017年04期

6 孫濤;朱新萍;李典鵬;顧祝禹;張佳喜;賈宏濤;;不同原料生物炭理化性質(zhì)的對比分析[J];農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報;2017年06期

7 李佳燕;陳蘭;喻婕;戴智強(qiáng);張震;王娜;;生物炭制備方法及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];廣州化工;2019年07期

8 蔣春燕;石鳳麗;李英杰;田森林;;生物炭制備及其在水污染控制中的應(yīng)用[J];化工新型材料;2019年05期

9 宋婷婷;賴欣;王知文;方明;楊殿林;居學(xué)海;李潔;張貴龍;;不同原料生物炭對銨態(tài)氮的吸附性能研究[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2018年03期

10 唐行燦;陳金林;;生物炭對土壤理化和微生物性質(zhì)影響研究進(jìn)展[J];生態(tài)科學(xué);2018年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 黃蘋;潘波;焦杏春;;滇池底泥制備的生物炭對菲的吸附-解吸[A];持久性有機(jī)污染物論壇2011暨第六屆持久性有機(jī)污染物全國學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2011年

2 沈國清;;生物炭影響土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的生物學(xué)機(jī)制[A];第六屆全國環(huán)境化學(xué)大會暨環(huán)境科學(xué)儀器與分析儀器展覽會摘要集[C];2011年

3 Tran Thi Bien Thuy;宋子騰;李振華;湯家慶;張緒;胡紅青;;咖啡殼及其腐熟對生物炭修復(fù)紅壤鎘污染的影響[A];2019年中國土壤學(xué)會土壤環(huán)境專業(yè)委員會、土壤化學(xué)專業(yè)委員會聯(lián)合學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2019年

4 向淋;高瑞麗;付慶靈;朱俊;胡紅青;;氧化生物炭的制備及其對鉛的吸附[A];中國土壤學(xué)會土壤環(huán)境專業(yè)委員會第二十次會議暨農(nóng)田土壤污染與修復(fù)研討會摘要集[C];2018年

5 周健;陳氏邊陲;胡紅青;;4種生物炭對水稻田重金屬復(fù)合污染土壤修復(fù)效果的影響[A];中國土壤學(xué)會土壤環(huán)境專業(yè)委員會第十九次會議暨“農(nóng)田土壤污染與修復(fù)研討會”第二屆山東省土壤污染防控與修復(fù)技術(shù)研討會摘要集[C];2017年

6 李葒葒;劉雨庭;陳炎輝;王尚禮;王明光;李云云;謝團(tuán)輝;王果;;生物炭添加對鎘、鉛在土壤-水稻體系中遷移的影響[A];中國土壤學(xué)會土壤環(huán)境專業(yè)委員會第十九次會議暨“農(nóng)田土壤污染與修復(fù)研討會”第二屆山東省土壤污染防控與修復(fù)技術(shù)研討會摘要集[C];2017年

7 陳思慧;陳振焱;張亞平;許偉偉;任靜華;沈凱;;鐵基生物炭對鎘污染農(nóng)田土壤的修復(fù)作用研究[A];中國土壤學(xué)會土壤環(huán)境專業(yè)委員會第二十次會議暨農(nóng)田土壤污染與修復(fù)研討會摘要集[C];2018年

8 莊志成;王宜志;王蘭;呂宏虹;唐景春;;生物炭在揮發(fā)性有機(jī)物治理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[A];《環(huán)境工程》2019年全國學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）[C];2019年

9 王雅倫;孫秀云;王連軍;;生物炭在土壤改良和修復(fù)中的應(yīng)用[A];2018年全國環(huán)境污染控制與生態(tài)修復(fù)技術(shù)研討會暨創(chuàng)新技術(shù)聯(lián)盟中心籌備會論文集[C];2018年

10 王雅倫;李橋;賴佳;孫秀云;王連軍;;生物炭在土壤改良和修復(fù)中的應(yīng)用[A];2017中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會科學(xué)與技術(shù)年會論文集（第二卷）[C];2017年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 徐佳倩;殷大偉 用生物炭技術(shù)改良低產(chǎn)田[N];黑龍江日報;2020年

2 本報記者 于險峰 李純;生物炭產(chǎn)業(yè)亟須政策扶一把[N];農(nóng)民日報;2018年

3 記者 葛傳東;我省秸稈炭化還田技術(shù)取得重大突破[N];遼寧日報;2017年

4 張宜軍 本報記者 朱勤;用秸稈制成的生物炭肥 耐旱除蟲增產(chǎn)[N];遼寧日報;2017年

5 記者 陳云芬;生物炭與作物健康栽培院士工作站掛牌[N];云南日報;2017年

6 本報記者 于險峰 張仁軍;生物炭拓展秸稈還田新路徑[N];農(nóng)民日報;2017年

7 于險峰 張仁軍;生物炭拓寬秸稈還田新路徑[N];山東科技報;2017年

8 本報記者 劉霞;生物炭能否給地球降降溫？[N];科技日報;2009年

9 記者 李瑞林　通訊員 程曉云;遂昌竹炭贏得國際贊譽(yù)[N];中國綠色時報;2009年

10 本報記者 張曄;生物炭能讓土壤更肥沃嗎？[N];科技日報;2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李婷;有序結(jié)構(gòu)的生物炭功能材料在生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用[D];南昌大學(xué);2019年

2 王燕;不同來源生物炭的特性及去除溶液中重金屬離子的機(jī)理研究[D];上海交通大學(xué);2018年

3 韓瑛;凍融與生物炭添加對黑土磷素有效性的影響[D];東北林業(yè)大學(xué);2019年

4 閻海濤;生物炭對植煙褐土的改良效應(yīng)及其微生態(tài)機(jī)理研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

5 范方宇;玉米秸稈水熱炭化和熱解法制備生物炭研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

6 周莉;生物炭—納米二氧化錳復(fù)合材料的制備及其對水體銅鎘的去除性能與機(jī)制[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

7 袁s

本文編號：2776728