生物炭對(duì)水中鄰苯二甲酸二乙酯的吸附研究.pdf

1、生物炭(Biochar)是由生物質(zhì)材料在缺氧或無(wú)氧條件下熱解形成的一種固態(tài)的、含碳量豐富、高度芳香化的碳質(zhì)材料。生物炭具有較高的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙度結(jié)構(gòu)、豐富的表面官能團(tuán)等，研究其在土壤和水體中對(duì)有機(jī)污染物的吸附性能和吸附機(jī)制的相關(guān)工作已成為當(dāng)前環(huán)境領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。本文選用來(lái)源廣泛且產(chǎn)量大的低價(jià)值的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物—木屑、稻殼、玉米稈、蘆竹、稻稈、麥稈為原料，經(jīng)400℃熱解制備生物炭，并以元素分析、比表面積儀、傅里葉變換光譜分析、電鏡掃

2、描、X射線衍射分析等表征其結(jié)構(gòu)特征。針對(duì)當(dāng)前環(huán)境中出現(xiàn)的增塑劑污染問(wèn)題，通過(guò)序批吸附試驗(yàn)，研究不同生物炭對(duì)水中代表性增塑劑鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)的吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)，以及不同環(huán)境因素對(duì)吸附性能的影響，并依據(jù)生物炭的連續(xù)吸附柱試驗(yàn)和解吸附試驗(yàn)，綜合考慮生物炭制備成本等因素，為篩選高效低成本的生物炭吸附劑提供數(shù)據(jù)支持和理論支撐。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)在400℃熱解而得的生物炭，熱解產(chǎn)率為木屑生物炭＞稻稈生物炭＞稻殼生物炭＞

3、蘆竹生物炭＞麥稈生物炭＞玉米稈生物炭。不同原料制備的生物炭的組成和結(jié)構(gòu)有較大的差異，稻稈和稻殼由于Si元素含量高而導(dǎo)致最終的灰分含量高，蘆竹生物炭的碳含量最高;高溫裂解使得生物炭形成大小不一的孔結(jié)構(gòu)，生物炭的表面形態(tài)均表現(xiàn)為非均勻性，蘆竹、玉米稈、麥稈保留著很好的“桿狀”結(jié)構(gòu)，而稻稈、稻殼由于富含硅而表現(xiàn)出“鐘乳狀”結(jié)構(gòu)。不同原料制備的生物炭表面官能團(tuán)的差異不大，生物炭的含氧官能團(tuán)主要有羥基、羧基和羰基等。
　　(2)相比于準(zhǔn)一級(jí)

4、動(dòng)力學(xué)模型，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型更能準(zhǔn)確地?cái)M合生物炭對(duì)DEP的吸附過(guò)程，說(shuō)明吸附受化學(xué)過(guò)程控制，同時(shí)，顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型也能很好地?cái)M合吸附過(guò)程，說(shuō)明吸附受顆粒內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程控制。隨著溶液pH值的增加(pH:2.5-10)，生物炭對(duì)DEP的吸附量逐漸減少，而溶液的離子強(qiáng)度的增加（0.001-0.2mM）略微促進(jìn)了對(duì)DEP的吸附效果，其原因可能為離子強(qiáng)度的增加使得DEP發(fā)生“鹽析”現(xiàn)象，促進(jìn)了DEP從溶液中吸附到各吸附劑上。生物炭對(duì)DEP的等溫吸附曲線

5、為非線性，Langmuir模型和Freundlich模型均能擬合DEP在各吸附劑上的吸附，另外吸附熱力學(xué)表明，DEP在各生物炭上的吸附為自發(fā)且放熱的，溫度降低有利于生物炭對(duì)DEP的吸附。
　　(3)連續(xù)吸附柱實(shí)驗(yàn)表明各生物炭對(duì)初始濃度為20 mg L-1的DEP的吸附效果較差，穿透曲線在較小體積下即可達(dá)到。雙室一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型可以較好擬合DEP在各吸附上的解吸附，解吸附呈現(xiàn)先快后慢的現(xiàn)象。試驗(yàn)表明生物炭對(duì)DEP的解吸附率低，即吸附穩(wěn)