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不同生物炭基材料吸附典型重金属的特性研究

2021-07-03 23:35编辑: www.51jrft.com51今日论文网
我国土壤重金属污染形势严峻,迫切需要高效治理技术手段。本研究选用三种生物炭基材料(秸秆炭,猪粪炭和稻壳炭),探讨生物炭基材料对典型重金属镉的吸附特性,探究生物炭基材料和含磷材料联用对于镉离子的去除效果,为生物炭基材料在土壤环境污染修复领域的应用提供科学支撑。主要结果如下秸秆炭和猪粪炭对镉的吸附在2 h内达到平衡,稻壳炭对镉的吸附在6 h达到平衡。三种生物炭基材料的镉吸附量大小顺序为秸秆炭>猪粪炭>稻壳炭;当溶液中同时存在铅离子和铜离子时,生物炭基材料对镉的吸附量相比单一镉溶液体系时降低。猪粪炭与三种含磷材料复配时,猪粪炭-黄磷渣复合材料对镉的吸附最佳,有必要开展后续研究。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
1.引言 2
1.1土壤重金属污染修复 2
1.1.1土壤重金属污染 2
1.1.2土壤重金属污染修复 2
1.2生物炭基材料 3
1.2.1生物炭基材料的定义和性质 3
1.2.2生物炭基材料的应用研究 4
1.3生物炭基材料对重金属的吸附研究 4
1.4生物炭基材料对土壤重金属污染的修复研究 5
1.5研究目标及内容 6
1.6技术路线 6
2.材料与方法 7
2.1生物炭基材料 7
2.2分析方法 7
2.2.1基本理化性质测定 7
2.2.2重金属吸附实验 7
2.2.3吸附模型拟合 8
2.2.4数据处理 9
3.结果与讨论 9
3.1生物炭基材料理化特性 9
3.2生物炭基材料对溶液中Cd2+的动力学吸附特性 11
3.3生物炭基材料对溶液中Cd2+的等温吸附 13
3.4生物炭基材料对复合污染溶液中重金属的等温吸附特性 16
3.5生物炭基复合材料对溶液中Cd2+的等温吸附特性 19
4.结论 22
致谢 23
参考文献 23
不同生物炭基材料吸附典型重金属的特 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: &351916072
性研究
引言
1.引言
1.1土壤重金属污染修复
1.1.1土壤重金属污染
重金属元素具有生物蓄积性/环境持久性、非生物降解性和毒性,容易通过食物链转移并积累到生物体内,对人体产生毒害作用。2014 年4 月全国土壤污染状况调查公报结果表明,全国约 16.1%的土壤点位存在污染超标现象,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%;污染类型以无机型为主,镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌和镍8种重金属污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%和4.8%[1]。土壤重金属污染导致的全国粮食减产达107 t[2]。土壤中重金属污染物来源广泛,工业及农业源污染物输入对土壤环境质量影响最为严重[3]。工业源重金属污染物排放主要集中在采矿业、化工业和金属加工业;在农业源方面,重金属含量过高的劣质化肥在农田的错用、滥用是土壤重金属污染原因之一[4],部分有机肥含有的重金属,也会对土壤造成污染风险[5]。日益严重的土壤重金属污染导致土壤肥力下降,粮食减产,影响人类健康安全。
镉被认为是最毒的金属之一,其在土壤中相对流动,比大多数其他重金属的生物有效性更高[6]。镉主要通过人类活动进入土壤,工业、农业和交通运输是其污染的主要来源途径[7]。Cd是生产磷肥的主要原料磷矿石的杂质成分之一,平均含量可为0.98 mg/kg[8],施用这类磷肥会导致镉污染物在土壤环境中大量积累。作为非必需元素,当植物吸收的镉超过一定程度时,组织细胞分裂,合成叶绿素受到抑制,影响植物光合作用[9]。同时镉会进入农产品中,造成农产品镉含量过高,对人体健康带来严重危害。因此,迫切需要有效的土壤重金属污染治理修复技术,防治镉等重金属对食品安全和人体健康带来危害。
1.1.2土壤重金属污染修复
重金属污染土壤治理技术手段主要分为物理修复,化学修复和生物修复三大类。物理修复以客土法为主;化学修复包括土壤改良、土壤淋洗和电动修复技术;生物修复包括植物修复技术和微生物修复技术[10]。从空间上土壤重金属污染修复技术还可分为原位修复和异位修复 [11]。
化学钝化修复技术是通过添加钝化剂,与土壤中的重金属发生一系列吸附、氧化还原反应等,改变其在土壤中的的理化性质,减少对作物和土壤微生物的毒害作用[12]。化学钝化修复技术具有低成本,高效果,操作简单等诸多优点,得到了广泛关注。钝化修复剂是化学钝化修复技术的重要因子。
根据钝化修复剂的理化性质可分为无机类、有机类和复合类。无机矿化剂还可以划分为碱性物质、含磷物质、粘土矿物与工业废弃物等,有机钝化剂主要包括有机高分子、有机废弃物等[1314]。
常用的钝化修复剂在应用上都存在一定的局限。含磷物质在土壤中对铅的修复起重要作用,但过量的溶解性磷可能向地下及地表迁移,造成水体富营养化[15]。资源存量低限制了某些矿物如粗面棕闪石作为钝化修复剂的应用前景[16]。天然黏土矿物因其杂质含量和种类复杂,使其实用效果大打折扣[17]。石灰对重金属的钝化是通过改变土壤的pH来实现,但这种钝化是不稳定的[18],并且对植物吸收一些微量元素造成影响,不利于植物生长[13]。由此可见,高吸附性能材料仍待研发,从而开发高效化学钝化修复技术,促进土壤重金属污染治理。
1.2生物炭基材料
1.2.1生物炭基材料的定义和性质
生物炭是在无氧或限氧情况下,由生物残体高温裂解产生的固体物质[19]。生物炭具有多孔结构,比表面积巨大,比表面能大;生物炭表面带负电,富含羧基、羟基、酚羟基和羰基等一系列官能团[20];生物炭结构高度芳香化,稳定性较高,不易被分解[18]。这些性质决定其具有良好的吸附性能。生物炭制备原料来源广泛,包括以柳树,芒和柳枝等为代表的生物能作物[2122]、森林残留物(如木屑、粮食作物和坚果壳)[23]、有机废物(绿场废物和畜禽粪便)[2425]、农业固体废弃物[2632]、厨房废物和污水污泥等。

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