生物質(zhì)炭對水體-紅壤中Cu(Ⅱ)的去除和固定作用.pdf

1、我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中每年都產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物，雖然其中有部分已經(jīng)通過直接還田、牲畜飼養(yǎng)或作為工業(yè)原料、燃料等方式得到處置，但仍有超過2億噸的秸稈直接在田間焚燒。秸稈焚燒不僅造成資源浪費(fèi)，還會(huì)污染環(huán)境，帶來一系列的社會(huì)問題。另一方面，隨著我國銅礦的開發(fā)、冶煉以及含銅電鍍廢水的超標(biāo)排放，含銅農(nóng)藥的噴灑，污水灌溉等，水體中、土壤中的銅逐漸累積，造成嚴(yán)重污染。重金屬銅在水體、土壤中不能被微生物分解利用，而是通過富集作用存在于水體和土壤中

2、，并通過食物鏈傳遞危害人類健康。
　　 生物質(zhì)炭是生物質(zhì)在厭氧或者絕氧的條件下進(jìn)行熱解，生成的一種含碳豐富的固體物質(zhì)。生物質(zhì)炭表面含有大量可變負(fù)電荷、活性含氧官能團(tuán)，能有效吸附水體、土壤中重金屬，但目前對生物質(zhì)炭吸附重金屬能力、機(jī)制還不清楚。
　　 為此，本文選擇花生秸稈、大豆秸稈、油菜秸稈和稻草等四種農(nóng)作物秸稈，采用厭氧熱解的方法制備了相應(yīng)的生物質(zhì)炭，研究了這些生物質(zhì)炭對水體中Cu(Ⅱ)的吸附和去除及對土壤固定、吸附C

3、u(Ⅱ)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為廢水中重金屬銅的去除、重金屬污染土壤的修復(fù)提供參考。本研究主要開展了以下三方面的工作:
　　 (1)選擇三種農(nóng)作物秸稈（花生秸稈、大豆秸稈、油菜秸稈）于400℃熱解溫度下制備了三種相應(yīng)的生物質(zhì)炭用于Cu(Ⅱ)的吸附、解吸實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，在pH3.5-6.0的范圍內(nèi)，生物炭對Cu(Ⅱ)的吸附量隨著溶液pH的升高而升高。三種生物炭吸附Cu(Ⅱ)能力大小順序?yàn)?花生秸稈炭＞大豆秸稈炭＞油菜秸稈炭，生物炭

4、吸附Cu(Ⅱ)離子能力越強(qiáng)，吸附的Cu(Ⅱ)被中性鹽的解吸越弱。生物炭表面有豐富的-COOH和-OH等含氧官能團(tuán)，Cu(Ⅱ)在生物炭炭表面形成有機(jī)絡(luò)合物使-COOH吸附峰位移。Cu(Ⅱ)吸附還使生物炭炭顆粒的Zeta電位向正值方向位移，說明發(fā)生了專性吸附。生物質(zhì)炭對銅的吸附符合Langmuir等溫模型(R2＞0.99)，三種生物質(zhì)炭在pH為4.5，5.0時(shí)的最大吸附量分別在0.48-0.79mol·kg-1和0.58-1.40mol·k

5、g-1范圍內(nèi)。商品活性炭在pH5.0時(shí)，最大吸附量為0.18mol·kg-1。因此，三種生物炭對銅離子的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于商品活性炭，是廉價(jià)高效吸附劑。
　　 (2)選用花生秸稈、大豆秸稈、油菜秸稈和稻草秸稈四種農(nóng)作物秸稈，采用厭氧加熱的方法將花生秸稈、油菜秸稈制備成300℃、400℃、500℃的生物質(zhì)炭，大豆秸稈和稻草秸稈熱解溫度不變(400℃)。研究了物料來源、熱解溫度、生物質(zhì)炭用量、混合反應(yīng)時(shí)間和廢水初始pH值對生物質(zhì)炭去除酸

6、性電鍍廢水中Cu(Ⅱ)的效果的影響。結(jié)果表明:熱解溫度為400℃的花生秸稈生物炭，混合反應(yīng)時(shí)間為8h下，按每升廢水中加入生物炭20g進(jìn)行處理，Cu(Ⅱ)去除率可達(dá)98％以上。生物質(zhì)炭不僅適用于一般濃度含Cu(Ⅱ)廢水，也適用于高濃度含Cu(Ⅱ)酸性電鍍廢水的處理。
　　 (3)選擇四種農(nóng)作物秸稈（花生秸稈、大豆秸稈、油菜秸稈、稻草秸稈）于400℃熱解溫度下制備了四種相應(yīng)的生物質(zhì)炭，研究了生物質(zhì)炭對采自江西進(jìn)賢和廣西柳州兩種紅壤吸

7、附Cu(Ⅱ)的影響。結(jié)果表明，添加由農(nóng)作物秸稈制備的生物質(zhì)炭提高了紅壤對Cu(Ⅱ)的吸附量，生物質(zhì)炭對Cu(Ⅱ)吸附的促進(jìn)作用隨生物質(zhì)炭添加量的增加而顯著增加，低pH下促進(jìn)作用更加明顯。pH4.0和2％生物質(zhì)炭添加水平下，油菜秸稈炭、花生秸稈炭、大豆秸稈炭和稻草炭使江西紅壤對Cu(Ⅱ)的吸附量相對對照分別增加97％、79％、51％和54％;花生秸稈炭和大豆秸稈炭使廣西紅壤對Cu(Ⅱ)吸附量較對照分別增加61％和44％，當(dāng)生物質(zhì)炭添加水平