本文以巨菌草(Pennisetum giganteum z.x.lin)為生物炭原材料,分別采用高錳酸鉀和過氧化氫溶液浸漬原材料,再在氮?dú)鈼l件、較低熱解溫度(300℃)下快速熱解1h,分別制得改性生物炭JMB1和JMB2,并與改性前生物炭(JBC)作對比。采用元素分析儀、掃描電鏡-能譜分析儀(SEM-EDS)、比表面積分析儀、X射線衍射儀(XRD)、紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜儀(XPS)等技術(shù)分別表征和分析了生物炭表面主要元素含量、形態(tài)特征、比表面積和孔隙度、晶體結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)以及表面主要元素的價(jià)態(tài)變化。并通過探究反應(yīng)時(shí)間、Cd(Ⅱ)初始濃度、溶液pH值、反應(yīng)溫度等對生物炭在溶液中吸附Cd(Ⅱ)的影響,分析改性生物炭對Cd(Ⅱ)的吸附機(jī)制。通過將生物炭分別添加到模擬土壤和實(shí)際污染土壤,探討添加生物炭后對土壤pH值、陽離子交換量等的影響,并進(jìn)一步研究材料對實(shí)際污染土壤中鎘賦存形態(tài)、可交換性鹽基離子和有效態(tài)錳的影響,從而分析改性生物炭對鎘污染土壤的修復(fù)作用。本文的主要結(jié)論如下:(1)在吸附實(shí)驗(yàn)中,JBC和JMB1對Cd(Ⅱ)的吸附均符合擬二級動力學(xué)模型,即以化學(xué)吸附為主,且IMB1對Cd(Ⅱ)的吸附性更強(qiáng);而JMB2對Cd(Ⅱ)的吸附更傾向于擬一級動力學(xué)模型,即以物理吸附為主。相比Freundlich模型,三種材料對Cd(Ⅱ)的吸附更符合Langmuir模型,其最大吸附量分別為:JMB1(90.32 mg/g)JMB2(45.18 mg/g)JBC(41.79 mg/g)。(2)選取對Cd(Ⅱ)吸附更強(qiáng)的JMB1進(jìn)一步探討溶液中pH值對材料吸附性能的影響,并通過XPS圖譜分析吸附前后JMB1表面元素價(jià)態(tài)的變化,結(jié)果表明吸附后π鍵芳香基團(tuán)消失,JMB1表面的羥基(-OH)和Cd(Ⅱ)的中心形成表面絡(luò)合物,由此可知:JMB1對Cd(Ⅱ)的吸附機(jī)制主要有沉淀作用、表面絡(luò)合和陽離子π作用。(3)將生物炭用于模擬土壤實(shí)驗(yàn)中,結(jié)果表明:添加生物炭能顯著提高土壤pH值和陽離子交換量(CEC),根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)一步將JBC和JMB1兩種生物炭添加到實(shí)際污染土壤中,結(jié)果顯示土壤酸化狀況明顯改善,土壤pH值從5.60提高到7.80左右;同時(shí),土壤中有機(jī)質(zhì)含量有不同程度的增加。鎘形態(tài)分析結(jié)果顯示土壤中土壤中可交換態(tài)鎘含量明顯下降,殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量顯著增加。在不同培養(yǎng)時(shí)間里,材料對土壤鎘的修復(fù)效果表現(xiàn)為JMB1JBCCK。與對照組(CK)相比,隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長,添加JMB1后可交換態(tài)鎘下降幅度更明顯:90d(15.02%)120d(11.18%)60d(13.9%)30d(6.66%)。與此同時(shí),添加生物炭對土壤可交換性K~+、Ca~(2+)、Na~+、Mg~(2+)和有效態(tài)Mn產(chǎn)生了不同程度的影響。其中JMB1負(fù)載著的Mn與污染土壤中的Cd(Ⅱ)可能發(fā)生了交換作用,從而導(dǎo)致了土壤中的Mn含量增加,可交換態(tài)Cd含量下降。
【學(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X173;X53
【部分圖文】：

技術(shù)路線

14 圖像：（a）原性生物炭（JBC），（b）KMnO4浸漬生物炭漬生物炭（JMB2）M image: (a) pristine biochar (JBC), (b) KMnO4-impregnH2O2-impregnated Biochar (JMB2)

15 EDS 譜圖及原子比：（a）原性生物炭（JBC），（b）KMnO4浸漬和 H2O2浸漬生物炭（JMB2）2 EDS spectrum with the element ratio: (a) pristine biochar (JBC), (b)d Biochar (JMB1) and (c) H2O2-impregnated Biochar (JMB2)
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本文編號：2857151