【摘要】：生物炭(Biochar)由于其表面積巨大,表面官能團(tuán)豐富而被人們廣泛用于環(huán)境治理中。然而,生物炭運(yùn)用在紅壤重金屬鉛鎘復(fù)合穩(wěn)定化的研究則鮮有報(bào)道。本研究選擇柚子皮和谷殼為生物質(zhì)源,選取HTT(最高熱解溫度)300℃、400℃、500℃,停留時(shí)間2h、5h及18℃/min升溫速率條件下制備生物炭,并將生物炭運(yùn)用到鉛鎘污染紅壤的穩(wěn)定化技術(shù)研究中。試驗(yàn)所用土樣為高嶺石型紅壤。通過對(duì)生物炭和處理土樣的表征分析掌握了所制備的生物炭基本特性,初步闡釋出生物炭對(duì)紅壤鉛鎘復(fù)合重金屬同步修復(fù)的穩(wěn)定化機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:(1)柚子皮熱解階段為180~430℃,質(zhì)量損失60%;碳化階段為420~500℃,質(zhì)量損失20%。谷殼熱解階段為260~350℃,質(zhì)量損失45%;碳化階段為350~630℃,質(zhì)量損失30%。當(dāng)HTT超過碳化階段溫度時(shí),只剩10%的殘余灰燼。(2)隨著熱解溫度升高生物炭的表面結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,表面官能團(tuán)由簡(jiǎn)單的烴烷基、羥基、羧基、酯基等開始向芳香化縮合,至500℃時(shí)基本完成芳香化轉(zhuǎn)化。這些表面官能團(tuán)能夠提供大量的化學(xué)吸附位點(diǎn),有助于鉛鎘吸附穩(wěn)定化。熱解停留時(shí)間對(duì)表面結(jié)構(gòu)影響不明顯。(3)不同條件制備的生物炭對(duì)土壤鉛鎘的穩(wěn)定化效果,HTT300℃生物炭的要高于HTT500℃的;5h碳化停留時(shí)間的生物炭穩(wěn)定化處理組比2h的有更長(zhǎng)期的穩(wěn)定化優(yōu)勢(shì),C35組和P35組的穩(wěn)定效果最好。對(duì)土壤鎘,柚子皮生物炭穩(wěn)定化效果要優(yōu)于谷殼組,短期內(nèi)(穩(wěn)定化時(shí)間16d)呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)狀態(tài),16d之后則表現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)。各生物炭處理組對(duì)土壤鉛的穩(wěn)定化效果在16~32d后穩(wěn)定效果有明顯增長(zhǎng)。(4)模擬鉛添加穩(wěn)定試驗(yàn)可得,C35和P35生物炭在較低鉛濃度(C組添加以下)下均對(duì)鉛有更好的穩(wěn)定化效果,但16倍以上添加則表現(xiàn)為活化作用。P10組最優(yōu)穩(wěn)定化效果為A組的32d處理,鉛、鎘穩(wěn)定化率分別為57.6%和48.6%;P5組最優(yōu)穩(wěn)定效果為原土組的2d處理,鉛、鎘穩(wěn)定化率分別達(dá)59.2%和55.2%;C5組最優(yōu)穩(wěn)定效果為原土組的4d處理,鉛、鎘穩(wěn)定化率分別為55.9%、32.6%。隨著土壤鉛含量增加,對(duì)紅壤鎘總體影響不大。對(duì)紅壤鉛鎘,C5組短期穩(wěn)定作用明顯,但長(zhǎng)期效果不顯著,柚子皮生物炭則表現(xiàn)短期內(nèi)有波動(dòng),中長(zhǎng)期效果的更明顯。(5)C組生物炭對(duì)紅壤鉛的平均穩(wěn)定容量最大,C5組13.01 mg/g、P5組17.78mg/g、P10組8.93 mg/g。生物炭對(duì)紅壤鎘平均穩(wěn)定容量最大為:C5組為原土組0.012 mg/g、P5組為A組0.026 mg/g,P10組為原土組0.017 mg/g。柚子皮生物炭對(duì)紅壤鉛鎘穩(wěn)定容量更大,P5組單位穩(wěn)定容量最大,最優(yōu)投加量應(yīng)為5%(w:w)柚子皮生物炭添加。(6)結(jié)合各表征分析可知,生物炭對(duì)土壤鉛鎘的穩(wěn)定化作用主要不是靠表面物理吸附,而是靠-OH、甲基、亞甲基、-C=O、R-C-O等官能團(tuán)的化學(xué)吸附為主。土壤鉛鎘和生物炭上的羥基、羧基酯基等官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)吸附,生成二十八烷醇鉛(C36H70O4Pb)、L-苯丙氨酸二鎘(C18H20CdN2O4)等金屬-有機(jī)配合物、以及難溶解的砷酸鉛(PbAs2O6)等化學(xué)沉淀,從而達(dá)到穩(wěn)定土壤重金屬的目的。
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【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2456613