發(fā)布時(shí)間：2018-04-08 18:50

  本文選題：生物炭　切入點(diǎn)：淡灰鈣土　出處：《蘭州交通大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：生物炭(Biochar)一般是指生物質(zhì)(如秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工殘?jiān)⑿笄蓊惣S便等農(nóng)林廢棄物)的不完全燃燒或在缺氧條件下熱解所產(chǎn)生的穩(wěn)定的富碳產(chǎn)物,具有非常豐富的孔洞結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)和表面電荷等特征,比表面積大,吸附性能強(qiáng),輸入土壤后將影響土壤營(yíng)養(yǎng)元素的界面過程和遷移性。此外,生物炭本身含有較豐富的礦質(zhì)元素,能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。生物炭作為一類新型的環(huán)境功能及土壤改良材料,不僅為農(nóng)林廢棄物質(zhì)的資源化再利用提供了新思路,而且在對(duì)作物栽培和土壤養(yǎng)分固持等方面顯現(xiàn)出巨大的潛力�？梢灶A(yù)見生物炭對(duì)減少溫室氣體排放、土壤改良、土壤污染控制等應(yīng)用中帶來巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,并在生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)和農(nóng)林生產(chǎn)方面將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。近年來,隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展,作物從土壤-植物系統(tǒng)中帶走的硫越來越多,而向該系統(tǒng)中投入的外源硫的量卻在減少,導(dǎo)致土壤的缺硫面積不斷增大。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)作物秸稈和動(dòng)物糞便資源非常豐富,但是對(duì)它們的資源化利用的技術(shù)還比較滯后,造成了生物質(zhì)資源的浪費(fèi)。為了解決生物質(zhì)資源的浪費(fèi),提高生物質(zhì)的資源化利用,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,其中生物炭的加工和在環(huán)境方面的利用是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。然而,國(guó)內(nèi)外有關(guān)馬鈴薯秸稈和豬糞生物炭吸附硫方面的研究在已發(fā)表的文獻(xiàn)中還鮮見報(bào)道研究。本研究采用馬鈴薯秸稈和豬糞為生物質(zhì)材料,分別在300、500和700℃下熱解炭化得到生物炭(分別標(biāo)記為BPS300、BPS500、BPS700、BSM300、BSM500和BSM700)。經(jīng)過優(yōu)選,選擇BPS700和BSM700進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。通過掃描電鏡、比表面及孔結(jié)構(gòu)等方法對(duì)生物炭和淡灰鈣土(LS)進(jìn)行表征,明確吸附劑主要元素的組成和形貌特征。采用批平衡法研究生物炭、淡灰鈣土以及加炭的淡灰鈣土在不同時(shí)間、pH、濃度、溫度等因素下對(duì)硫酸根離子吸附解吸的影響,為區(qū)域土壤生物炭應(yīng)用、硫肥的施用及調(diào)控、保障農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量提供理論依據(jù)。主要結(jié)論如下:(1)生物炭的灰分、產(chǎn)率跟炭化溫度緊密相關(guān),BPS和BSM的灰分都隨著炭化溫度的升高而增多,而產(chǎn)率出現(xiàn)相反的趨勢(shì)。BPS的芳香化程度更高,而BSM的極性以及親水性更強(qiáng)。隨制備溫度升高,BPS、BSM對(duì)硫酸根的吸附量都隨之增大,所以選擇BPS700和BSM700進(jìn)行后續(xù)研究。BPS700和BSM700的比表面積大到小的順序是BPS700BSM700,而平均孔徑有較大的區(qū)別為BSM700BPS700。通過電鏡掃描可以看出淡灰鈣土沒有明顯的微孔結(jié)構(gòu),BPS700有更多細(xì)小的微孔結(jié)構(gòu),BSM700主要是團(tuán)狀的固態(tài)結(jié)構(gòu)。BPS700和BSM700里面都有-OH、-COOH以及R-COO-R',而LS淡灰鈣土里面有大量的有機(jī)質(zhì)和礦物元素。(2)研究了BPS700、BSM700、淡灰鈣土以及加炭的淡灰鈣土(標(biāo)記為BPS700+LS、BSM700+LS)對(duì)SO_4~(2-)的吸附特性。結(jié)果表明,BPS700、LS、BPS700+LS、BSM700以及BSM700+LS對(duì)硫酸根離子的吸附量隨吸附時(shí)間的延長(zhǎng)而增大,最后各自達(dá)到吸附平衡。在剛開始的兩小時(shí)內(nèi),五種吸附劑對(duì)SO_4~(2-)的吸附速率非�？�,八小時(shí)后各自基本達(dá)到平衡,符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。五種吸附劑對(duì)硫的吸附量均隨初始濃度的增大而增大,Langmuir-Freundlich方程和Temkin方程擬合數(shù)據(jù)后的相關(guān)性更高。五種吸附劑對(duì)SO_4~(2-)的吸附是一個(gè)吸熱熵增的自發(fā)過程,升高溫度,有利于它們對(duì)SO_4~(2-)的吸附。升高pH,SO_4~(2-)的吸附量減小,而吸附量仍是LSBPS700+LSBSM700+LSBPS700BSM700,共存陰離子NO_3~-對(duì)硫酸根吸附的影響不大。(3)研究了BPS700、LS、BPS700+LS、BSM700以及BSM700+LS對(duì)硫酸根離子的解吸特性。結(jié)果表明,隨著時(shí)間的延長(zhǎng)五種吸附劑對(duì)硫酸根的解吸量增加,最后達(dá)到解吸平衡�；径荚�6 h左右達(dá)到解吸平衡,且硫酸根的解吸量大小順序?yàn)長(zhǎng)SBPS700+LSBSM700+LSBPS700BSM700,解吸動(dòng)力學(xué)都符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。隨著初始吸附濃度的增大,五種吸附劑對(duì)硫酸根的解吸量慢慢增大。當(dāng)溶液pH4時(shí)硫酸根在生物炭上的解吸量顯著增大;而當(dāng)溶液pH值從2升高到6時(shí),pH對(duì)硫酸根在淡灰鈣土和加炭的淡灰鈣土上的解吸作用影響不大,繼續(xù)增大溶液pH值,硫酸根在淡灰鈣土和加炭的淡灰鈣土上的解吸量顯著增大。硫酸根離子在淡灰鈣土上的解吸量隨溫度的升高而增大,而對(duì)生物炭和炭加土的影響不大。
[Abstract]:Biochar ( Biochar ) , which is a new type of environmental function and soil improvement material , has a great potential in the application of biomass ( such as straw , farm product processing residue , animal manure , etc . ) , and has great potential in the fields of ecology , soil science and agricultural production . The adsorption capacities of BPS700 , LS , BPS700 + LS , BSM700 and BSM700 + LS on SO _ 4 ~ ( 2 - ) were studied .

【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S156.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1722892