秸秆生物炭对Cd的吸附及生物有效性的影响.pdf

秸秆生物炭对Cd 的吸附及生物有效性的影响 摘 要 近年来，我国土壤受重金属Cd 污染现象日益严重，已经对生态环境造成严 重的破坏，甚至危害人体的健康，土壤污染修复成为了当前社会发展亟待解决的 问题。生物炭作为一种价格低廉的富碳材料，具有特殊的结构与性质，可有效吸 附重金属离子，在土壤重金属污染问题治理中广泛应用。本文主要以玉米秸秆、 水稻秸秆、小麦秸秆为原材料，在不同热解温度 （250、350、450、550 ℃）的马 弗炉中制备的玉米秸秆生物炭 （CS ）、水稻秸秆生物炭 （RS）和小麦秸秆生物 炭 （WS ），通过测定其表面结构、物理化学性质，探究不同温度下CS、RS、 WS 对重金属Cd 的吸附反应机制和影响因素。同时，室内模拟镉污染土壤培育 玉米苗，通过考察生物炭的吸附能力，筛选出适宜温度下的CS、RS 和WS 添加 到镉污染土壤中，研究生物炭对土壤基本性质和玉米苗生长的影响，为土壤修复 提供参考依据。 本文对此主要的研究结论如下： （1）阐明了四个制备温度 （250、350、450、550℃）下，RS、CS、WS 的 热解程度不同，结构和基本性质存在差异。随着热解温度的升高，RS、CS、WS 其C、N 的含量逐渐升高，H 、O 的含量逐渐降低，多环、杂环的芳香类化合物 不断形成，结构稳定性增强。当热解温度为550℃时，RS、CS 和WS 的C 的含 量分别达到54.28%、58.93%、63.16% ，原子摩尔比H / C、O / C、(O + N) /C 随 温度的升高逐渐下降；碱性逐渐增强，pH 值达到最大，分别为8.33、8.25、8.57 ； 产率不断降低，灰分含量不断升高，比表面积增大，总体含量表现为WS＞CS ＞RS；。 （2 ）随着溶液pH 值（2~8 ）、投加量（20~300mg ）、振荡速率（100~250rpm ） 的增加，RS、CS、WS 对Cd2+ 的吸附量逐渐增加，在pH 为5、投加量为100mg、 振荡速率为150rpm 时，RS、CS、WS 对Cd2+ 的吸附量均出现最大值。 （3 ）热解温度为350℃和550℃时，RS、CS 和WS 对Cd2+ 吸附是自发的反 应过程，吸附行为均符合准二级吸附动力学模型，说明RS、CS 和WS 对Cd2+ 反应过程主要是发生在单分子层表面；在热力学实验中，吸附行为更符合 Langmuir 模型，说明RS、CS 和WS 对Cd2+ 的吸附非单一反应过程，其包括表 I 面吸附和颗粒内扩散等多个化学反应，主要存在以下三个方面：Cd2+经膜扩散到 达生物炭结构表面；Cd2+ 吸附于生物炭结构外层表面的活性位点；Cd2+经孔隙扩 散到孔内，与孔内结构位点发生吸附。 （4 ）室内模拟Cd 污染土壤培养玉米苗实验，550℃条件下制备的不同量（0、 0.5%、1.0%、2%、5% ）的RS、CS、WS 添加到土壤中，土壤碱性增加，随着 施加生物炭量的升高，土壤EC、CEC 和SOM 、全N 、速效P 、速效K 上升幅 度增大。同时，RS、CS、WS 有效降低了玉米苗植株地上部分和地下部分对Cd 的吸收，对镉污染下玉米苗的生长具有促进作用。 关键词：秸秆生物炭；Cd ；吸附-解吸；污染修复；重金属生物有效性 II 目 录 摘 要 I AbstractIII 第一章 绪 论- 1 - 1.1 土壤中Cd 的污染现状研究- 1 - 1.1.1 镉的生物毒性及污染来源 - 1 - 1.1.2 Cd 污染的研究现状及危害- 3 - 1.1.3 镉污染土壤的修复技术 - 4 - 1.2 生物炭的热解机理 - 6 - 1.2.1 生物炭的结构特性 - 6 - 1.2.2 生物炭的吸附机制 - 6 - 1.2.3 生物炭吸附重金属的影响因素 - 7 - 1.3 土壤污染修复技术的应用和进展 -