由于阿特拉津在土壤環(huán)境中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并難以降解,易對(duì)土壤環(huán)境造成污染,并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng),殘留的阿特拉津及代謝產(chǎn)物會(huì)通過(guò)遷移、滲透等行為逐漸進(jìn)入水環(huán)境,進(jìn)而污染地表水和地下水。因此,修復(fù)土壤中阿特拉津及代謝產(chǎn)物污染的研究是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本論文以高羊茅為前驅(qū)材料,在500℃下制備生物炭(標(biāo)記:BC),并利用微孔分析、元素分析、掃描電鏡和傅里葉紅外光譜等現(xiàn)代手段對(duì)高羊茅生物炭的結(jié)構(gòu)、形貌、元素含量和表面官能團(tuán)等理化性質(zhì)進(jìn)行了分析表征。以阿特拉津及代謝產(chǎn)物脫乙基阿特拉津?yàn)槟繕?biāo)污染物,采用批量平衡法,通過(guò)吸附動(dòng)力學(xué)、吸附解吸等溫線和吸附熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析添加高羊茅生物炭前后在3種土壤(紅壤、棕壤和黑土)中的吸附行為,為高羊茅生物炭治理土壤中農(nóng)藥污染提供科學(xué)的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。主要取得以下結(jié)論:(1)通過(guò)吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)高羊茅生物炭主要對(duì)脫乙基阿特拉津在紅壤、棕壤和黑土中的吸附過(guò)程產(chǎn)生影響,其吸附過(guò)程主要分為了2個(gè)階段,即快速階段和慢速階段;吸附動(dòng)力學(xué)模型擬合結(jié)果表明,偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可較好的擬合阿特拉津和脫乙基阿特拉津的吸附過(guò)程,說(shuō)明這3種土壤及高羊茅生物炭對(duì)其吸附屬于一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。(2)吸附解吸等溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,高羊茅生物炭均提高了這3種土壤對(duì)阿特拉津和脫乙基阿特拉津的吸附能力,影響大小可分為:紅壤棕壤黑土;阿特拉津及脫乙基阿特拉津在這3種土壤和生物炭土壤中的解吸過(guò)程存在滯后現(xiàn)象,且通過(guò)滯后系數(shù)HI值分析得到高羊茅生物炭對(duì)阿特拉津和脫乙基阿特拉津的吸附均產(chǎn)生正滯后作用。(3)吸附熱力學(xué)表明,這3種土壤對(duì)濃度在1 mg/L內(nèi)的阿特拉津的吸附受溫度影響較小,隨著濃度的增大,阿特拉津在3種土壤中的吸附差量隨溫度的升高而增加。添加高羊茅生物炭后,3種土壤對(duì)阿特拉津的吸附量隨溫度的升高而增大,與初始濃度的高低無(wú)關(guān)。阿特拉津在3種土壤和高羊茅生物炭土壤中的吸附過(guò)程是自發(fā)進(jìn)行的,且屬于吸熱反應(yīng);主要存在氫鍵和偶極間力,以物理吸附為主。脫乙基阿特拉津在3種土壤中的吸附量隨溫度的升高而減少,添加高羊茅生物炭后,脫乙基阿特拉津在3種土壤中的吸附量隨溫度的升高而增加。不同溫度下,除低溫下脫乙基阿特拉津在紅壤中吸附是自發(fā)進(jìn)行的,其余均不可自發(fā)進(jìn)行;添加生物炭后,不同溫度下,脫乙基阿特拉津在土壤中的吸附反應(yīng)均是自發(fā)進(jìn)行的,且屬于吸熱反應(yīng)。脫乙基阿特拉津吸附的作用力在紅壤上主要存在化學(xué)鍵,在棕壤上只存在氫鍵,在黑土上主要存在氫鍵和偶極間力;生物炭土壤上主要以氫鍵和偶極間力為主。
【學(xué)位單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X53;TQ424.1
【部分圖文】：

2 章 高羊茅生物炭的制備與結(jié)構(gòu)表征9（a） （b）圖 2.2 掃描電鏡圖2.2.3 紅外光譜分析生物炭表面官能團(tuán)的種類可以通過(guò)傅里葉紅外光譜圖進(jìn)行定性分析。圖 2.3 為 500℃下制備的高羊茅生物炭的紅外吸收譜圖。主要官能團(tuán)區(qū)：在波數(shù)為 3398-3516cm-1處出現(xiàn)吸收峰，認(rèn)為來(lái)源于羥基 O-H 的伸縮振動(dòng)；在 2839-2987cm-1處出現(xiàn)吸收峰，可能是長(zhǎng)鏈的飽和烷烴（-CH2-）伸縮振動(dòng)產(chǎn)生峰[53]；在 1710-1730 cm-1處存在吸收峰，認(rèn)為主要是C=O 鍵伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的峰；波數(shù)在 1600-1628 cm-1處為芳香環(huán)上的 C=C 和 C=O 伸縮振動(dòng)；波數(shù)在 1460 cm-1和 1390 cm-1處的吸收峰是木質(zhì)素的芳香性 C=C 和 O-H 伸縮振動(dòng)產(chǎn)生[56]；1250 cm-1處附近具有小的尖峰，是 C-OH 的 C-O 伸縮振動(dòng)的吸收峰；1047 cm-1處代表C-O-C 對(duì)稱伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收峰；799 cm-1處峰對(duì)應(yīng)無(wú)機(jī)官能團(tuán) Si-OSi 的振蕩吸收[57, 58]。由圖可知，高羊茅生物炭含有豐富的官能團(tuán)，但官能團(tuán)數(shù)量的多少有明顯差異，其羥基最多。

圖 2.3 傅里葉紅外光譜圖分析在炭化過(guò)程中元素組分會(huì)發(fā)生變化，對(duì)高羊茅生物炭的元素分析結(jié)高羊茅生物炭中元素含量大小順序?yàn)椋篊＞O＞N＞H＞S。其中 C 元 H、N、S 和 O 元素含量較低，分別為 H（2.56%）、N（4.54%）、），炭化結(jié)果較理想，其所含豐富的芳香族化合物而脂肪族物質(zhì)較物的親和力。生物炭的芳香化程度、親水性和極性的大小可通過(guò) H值進(jìn)行描述，H/C 值越小，生物炭的芳香化程度越高，(N+O)/C 值[58]。由表 2.3 中數(shù)據(jù)可知，H/C 值為 0.0507，O/C 值為 0.29746，(N些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)科學(xué)的表明了高羊茅生物炭的芳香化程度較高，且極性吸附劑材料，用于治理環(huán)境的污染。表 2.3 高羊茅生物炭元素分析C C% H% N% S% O% H/C O/C (N

第 3 章 生物炭對(duì)不同類型土壤中阿特拉津吸附影響的研究間的延長(zhǎng)，在 180~1440 min 內(nèi)吸附速率下降，吸附過(guò)程趨于緩慢，1440 min 后吸附量不明顯增加，達(dá)到吸附平衡狀態(tài)。圖 3.1（b）表明添加生物炭的土壤在 0~180 min 內(nèi)，阿拉津吸附過(guò)程反應(yīng)快速，吸附量急劇增大，180 min 之后吸附速率減小，屬于慢速吸附段，1440 min 后吸附過(guò)程逐漸平衡。其次，對(duì)比圖 3.1（a）和（b）發(fā)現(xiàn)，BC 土壤吸附明顯高于土壤吸附量，且慢速吸附階段中 BC 土壤的吸附速率明顯高于土壤的吸附速率說(shuō)明添加高羊茅生物炭均提高了這 3 種土壤對(duì)阿特拉津的吸附。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因可是阿特拉津在土壤中的吸附作用主要發(fā)生在有機(jī)質(zhì)表面[20]，而阿特拉津在 BC 土壤中的附作用除與有機(jī)質(zhì)有關(guān)，還與生物炭的比表面積、微孔結(jié)構(gòu)等有關(guān)，巨大的比表面積和容使阿特拉津更快更多的吸附在土壤中。
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