本文關(guān)鍵詞：生物炭的制備及對(duì)土壤重金屬吸附特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：土壤重金屬污染得到了世界各國(guó)研究者的廣泛關(guān)注。生物炭是通過(guò)熱化學(xué)處理方法制備的高比表面積富碳固體。生物炭土壤修復(fù)技術(shù)是通過(guò)向土壤中施加生物炭、利用生物炭吸附作用促使土壤中重金屬?gòu)挠行B(tài)向殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)變的方法。該技術(shù)在固碳減排方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),是極具發(fā)展前景的土壤重金屬修復(fù)技術(shù)之一。目前該技術(shù)尚處于研發(fā)起步階段。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn),開(kāi)展了生物質(zhì)炭制備及其對(duì)土壤重金屬(Pb和Zn)吸附性能的研究,論文主要工作和結(jié)論如下：以楊樹(shù)枝(PB)、水葫蘆(WH)和玉米秸稈(CS)等三種生物質(zhì)為原料,利用固定床熱解實(shí)驗(yàn)裝置制備了生物炭,采用掃描電鏡(SEM-EDS)、比表面積及孔隙結(jié)構(gòu)分析、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析(ICP-AES)、X射線衍射儀(XRD)以及傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)等測(cè)試手段對(duì)不同種類(lèi)的生物炭進(jìn)行了分析與表征,明確了熱解溫度對(duì)生物質(zhì)焦理化結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：隨著熱解溫度的增加,生物炭的微觀孔隙結(jié)構(gòu)均發(fā)生顯著的改變,700℃熱解溫度下制備的楊樹(shù)枝炭表現(xiàn)出最佳的孔隙結(jié)構(gòu)。隨著熱解溫度的升高,生物炭中K、Ca和Mg等元素含量逐漸增加,水葫蘆炭具有較高的陽(yáng)離子交換量(CEC)。隨著熱解溫度的增加,生物炭表面官能團(tuán)的種類(lèi)和數(shù)量逐漸越少,水葫蘆炭在高溫下仍能保留較多的官能團(tuán)數(shù)量和較強(qiáng)的吸收峰強(qiáng)度。利用土壤重金屬吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了生物炭種類(lèi)、熱解溫度和添加量等因素對(duì)土壤和溶液中重金屬(Pb和Zn)離子的吸附性能。結(jié)果表明：在相同熱解溫度和生物炭添加量的條件下,水葫蘆炭對(duì)土壤重金屬吸附性能最佳,其對(duì)土壤中Zn和Pb的吸附率分別為21.83%和44.57%,相應(yīng)的單位吸附量分別為227.65μg/g和363.76μg/g。隨著熱解溫度升高,生物炭對(duì)土壤中Zn和Pb的吸附率逐漸增大。隨著添加量增加,楊樹(shù)枝炭對(duì)土壤中Zn和Pb的吸附率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),水葫蘆炭對(duì)土壤中Zn和Pb的吸附率逐漸增大,單位吸附量逐漸減小。不同生物炭均對(duì)溶液中Pb和Zn離子具有良好的吸附能力,其中Pb吸附率接近100%。利用生命周期評(píng)價(jià)方法(LCA)對(duì)生物炭土壤利用的各個(gè)生命周期階段的溫室氣體減排情況進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明,三種生物質(zhì)均表現(xiàn)了積極的固碳減排效果。其溫室氣體減排值分別為1196.78、1068.81和1272.03 kgC02e/t。生物炭的碳封存對(duì)整個(gè)生命周期的緩解溫室氣體排放貢獻(xiàn)最大,生物炭的田間施用過(guò)程排放的溫室氣體最多。以提高作物產(chǎn)量10%為基準(zhǔn),生物炭施加到土壤中可以產(chǎn)生收益30.21～348.28元廟,其中蔬菜產(chǎn)生的收益最多,達(dá)到348.28元/畝。以土壤重金屬吸附率20%為基準(zhǔn),生物炭施加到土壤中可以減少土壤重金屬(Pb和Zn)污染經(jīng)濟(jì)損失量,其值最高可達(dá)237萬(wàn)元/年。
【關(guān)鍵詞】：生物質(zhì) 生物炭 土壤 重金屬 吸附性能 經(jīng)濟(jì)性分析
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X53
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 課題研究的背景9-11
• 1.1.1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀9-10
• 1.1.2 生物質(zhì)資源利用技術(shù)現(xiàn)狀10-11
• 1.2 土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 土壤重金屬的常規(guī)修復(fù)技術(shù)11-13
• 1.2.2 生物炭修復(fù)土壤重金屬技術(shù)13
• 1.2.3 土壤重金屬污染測(cè)定方法13-14
• 1.3 生物炭制備及其對(duì)土壤重金屬吸附性能的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 生物質(zhì)炭的制備14-15
• 1.3.2 生物炭對(duì)土壤重金屬吸附性能15-18
• 1.4 生物炭土壤重金屬修復(fù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析18-20
• 1.4.1 固碳減排效益18-19
• 1.4.2 作物增產(chǎn)效益19
• 1.4.3 土壤重金屬污染經(jīng)濟(jì)損失分析19-20
• 1.5 本文的研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.5.1 研究目標(biāo)20
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.6 本章小結(jié)21-22
• 第2章 實(shí)驗(yàn)裝置和方法22-29
• 2.1 生物炭的制備22-24
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置22-23
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟23-24
• 2.2 土壤重金屬吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法24-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器24
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)24-25
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法與步驟25-26
• 2.3 主要測(cè)試儀器及方法26-27
• 2.3.1 掃描電鏡(SEM)26
• 2.3.2 比表面積及孔隙度分析儀26
• 2.3.3 X射線衍射儀(XRD)26
• 2.3.4 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析儀(ICP-AES)26-27
• 2.3.5 傅里葉紅外光譜分析儀(FTIR)27
• 2.4 土壤重金屬吸附性能評(píng)價(jià)方法27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 熱解條件對(duì)生物炭理化特性的影響29-41
• 3.1 生物炭的命名規(guī)則29
• 3.2 生物質(zhì)原料的分析29-31
• 3.2.1 工業(yè)分析、元素分析和熱值的測(cè)定29-30
• 3.2.2 比表面積及孔隙結(jié)構(gòu)分析30-31
• 3.2.3 掃描電鏡(SEM)分析31
• 3.3 生物炭的理化特性分析31-39
• 3.3.1 工業(yè)分析、元素分析和熱值的測(cè)定31-33
• 3.3.2 生物質(zhì)熱解炭化產(chǎn)物分布33-34
• 3.3.3 比表面積及孔隙結(jié)構(gòu)分析34-36
• 3.3.4 掃描電鏡(SEM)分析36-37
• 3.3.5 X射線衍射分析37
• 3.3.6 紅外光譜(FTIR)分析37-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第4章 生物炭對(duì)土壤重金屬吸附性能的實(shí)驗(yàn)研究41-51
• 4.1 引言41
• 4.2 實(shí)驗(yàn)條件41
• 4.3 土壤重金屬全量的測(cè)定及空白實(shí)驗(yàn)41-43
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析43-49
• 4.4.1 生物炭對(duì)土壤重金屬吸附特性的影響43-47
• 4.4.2 活性炭對(duì)土壤重金屬吸附特性的影響47-48
• 4.4.3 生物炭及活性炭對(duì)溶液重金屬吸附特性的影響48-49
• 4.5 物炭修復(fù)土壤重金屬作用機(jī)理49
• 4.6 本章小結(jié)49-51
• 第5章 生物炭土壤利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析51-59
• 5.1 引言51
• 5.2 固碳減排分析51-56
• 5.2.1 評(píng)估方法和模型建立51-52
• 5.2.2 過(guò)程參數(shù)取值和假設(shè)52-55
• 5.2.3 結(jié)果與討論55-56
• 5.3 作物增產(chǎn)分析56
• 5.4 土壤重金屬污染經(jīng)濟(jì)損失分析56-58
• 5.5 本章小結(jié)58-59
• 第6章 全文總結(jié)與建議59-61
• 6.1 全文總結(jié)59-60
• 6.2 建議60-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果67-68
• 致謝68

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