不同類型生物炭對苯脲除草劑污染土壤的修復(fù)研究.pdf

1、生物炭（biochar）是在厭氧和缺氧條件下，將木材、畜禽糞便、秸稈等生物質(zhì)通過高溫裂解（<700℃）產(chǎn)生的，作為一種新型環(huán)境功能材料，逐漸成為環(huán)境學科的研究熱點，是因為其擁有大的孔隙率、較大的比表面積、較多的官能團等特征，同時對污染物有很高的吸附效率，且可應(yīng)用于不同的環(huán)境領(lǐng)域，例如生物炭可廣泛應(yīng)用于固碳減排、作物增產(chǎn)、水源凈化、重金屬吸附和土壤改良等，尤其是對土壤改良，不僅能固定土壤中CO2，延緩?fù)寥婪柿橡B(yǎng)分的淋失，使土壤有害物質(zhì)降解

2、或失活，同時生物炭顆粒在土壤中隨著地表水遷移轉(zhuǎn)化，對吸附在其表面的污染物的運動遷移產(chǎn)生了巨大的影響。
　　現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對除草劑尤其是苯脲類除草劑的廣泛使用，不僅導致了苯脲除草劑殘留于蔬菜、水果、谷物、地表水和地下水中，而且降解很慢，主要是因為苯脲類除草劑是水溶性的，并且化學性質(zhì)穩(wěn)定，屬于長期殘留除草劑。鑒于此，本文選擇了滅草隆、敵草隆和利谷隆這三種苯脲類除草劑做為研究對象。
　　本文以小麥秸稈、稻草秸稈、沙柳秸稈和玉米秸稈為原材

3、料，在500℃溫度下，厭氧熱解制備生物炭，然后在不同化學條件下（離子強度（Ionic strength，IS）、鹽離子、生物炭添加量以及 pH）探討了生物炭在土壤中的運動遷移，同時研究了生物炭協(xié)同滅草隆、敵草隆和利谷隆的運動遷移，并使用了對流彌散方程（convection-dispersion equation，CDE）對實驗數(shù)據(jù)進行了擬合。論文主要結(jié)論以及創(chuàng)新點如下：
　　(1)在不同化學條件下，研究稻草生物炭在土壤中遷移，不僅

4、發(fā)現(xiàn)隨著離子強度的增加和pH的減少，稻草生物炭會更多滯留在多孔介質(zhì)中，且在相同離子強度和pH條件下，Ca2+滯留的稻草生物炭顆?？偭窟h強于 Na+，同時稻草生物炭各實驗條件下的穿透曲線均利用非平衡對流彌散方程擬合，相關(guān)系數(shù)都在0.99以上，說明生物炭在遷移的過程中不僅受到化學作用力，還有物理作用力。
　　(2)在不同的化學條件下（pH、不同價態(tài)鹽離子、IS、生物炭投加量），通過正交實驗分析小麥秸稈生物炭（WSB）、玉米秸稈生物炭（

5、MSB）、稻草秸稈生物炭（RSB-1）和沙柳秸稈生物炭（SSB）對滅草隆、敵草隆和利谷隆的吸附過程，不但觀察到四種生物炭的表面官能團和灰分在對苯脲除草劑的吸附過程中發(fā)揮著重要的作用，而且發(fā)現(xiàn)四種生物炭濃度大于10 g/L，對苯脲除草劑滅草隆、敵草隆和利谷隆的吸附效果都是：玉米秸稈生物炭>稻草1號秸稈生物炭>小麥秸稈生物炭>沙柳秸稈生物炭，同時通過正交軟件分析不同生物炭去除某種苯脲除草劑最佳的pH、鹽離子、IS和生物炭投加量，如稻草1號秸

6、稈生物炭（RSB-1）對滅草隆去除的最佳水平組合是：pH為3，離子強度為0.1M（NaCl），RSB-1濃度為10 g/L。
　　(3)在不同的化學條件下（pH、不同價態(tài)鹽離子、IS、生物炭投加量），探討了稻草生物炭協(xié)同滅草隆、敵草隆和利谷隆運動遷移，通過正交軟件分析不僅發(fā)現(xiàn)：對于滅草隆，最佳實驗條件是：pH為9，離子強度為0.001M（NaCl），稻草秸稈投加量為M生物炭/M石英砂=1%，最大去除率達到41.9%；對于敵草隆，最

7、佳實驗條件是：pH為9，離子強度為0.001M（NaCl），稻草秸稈投加量為M生物炭/M石英砂=0.05%，最大去除率達到25%；對于利谷隆，最佳實驗條件是：pH為9，離子強度為0.001M（NaCl），稻草秸稈投加量為M生物炭/ M石英砂=1%，最大去除率達到56.8%，同時通過非平衡對流彌散方程(non-equilibrium convection-dispersion equation)對生物炭協(xié)同苯脲除草劑穿透曲線進行擬合，進一