油料作物秸稈生物炭—黃土—水體系下Cu（Ⅱ）的吸附—解吸作用研究

【摘要】：土壤重金屬污染具有隱蔽性、累積性和不可逆性等特點(diǎn)。它不僅對(duì)土壤的理化性質(zhì)和植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響,影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,而且可遷移轉(zhuǎn)化富集到植物體內(nèi),影響植物的產(chǎn)量和質(zhì)量,最終通過(guò)食物鏈影響人類(lèi)的健康。所以,重金屬污染土壤的修復(fù)已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。近年來(lái),由于生物炭獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有良好的吸附性能,將生物炭作為一種土壤改良劑施用于土壤中,不僅減緩了溫室氣體排放,而且在改良土壤性質(zhì)和固定化修復(fù)重金屬污染土壤等方面展現(xiàn)出了巨大潛力。因此,生物炭有望成為環(huán)境友好的固定化修復(fù)試劑之一。本文首先采用批平衡吸附實(shí)驗(yàn),考察了不同影響因素對(duì)生物炭、黃土及加炭黃土吸附Cu(Ⅱ)的影響,采用動(dòng)力學(xué)方程、吸附等溫方程和熱力學(xué)方程深入探討了Cu(Ⅱ)在生物炭、黃土及加炭黃土上的吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特點(diǎn)。其次采用批次平衡解吸實(shí)驗(yàn),研究了添加生物炭對(duì)模擬污染黃土中重金屬離子(Cu2+)解吸作用的影響,考察污染黃土中重金屬Cu2+的解吸動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特點(diǎn)。最后采用批次平衡吸附實(shí)驗(yàn),研究黃土中主要成分有機(jī)質(zhì)(腐植酸)和粘土礦物(伊利石)-生物炭-水體系下重金屬Cu的吸附作用,考察了在有機(jī)質(zhì)(腐植酸)和粘土礦物(伊利石)共存條件下,生物炭吸附Cu(Ⅱ)的等溫吸附和熱力學(xué)特點(diǎn)。本文結(jié)果可為生物炭固定化修復(fù)重金屬污染土壤提供一定的理論基礎(chǔ)。通過(guò)論文研究,主要得到以下結(jié)論:(1)考察了溶液初始pH值、吸附時(shí)間、重金屬初始濃度、溫度和無(wú)機(jī)鹽Ca2+濃度對(duì)生物炭、黃土及加炭黃土吸附Cu(Ⅱ)的影響。結(jié)果表明,生物炭對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附在4h時(shí)基本達(dá)到平衡,而黃土及加炭黃土對(duì)Cu(Ⅱ)的平衡時(shí)間為10 h。生物炭、黃土及加炭黃土對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附動(dòng)力學(xué)曲線符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。溶液p H值對(duì)生物炭、黃土及加炭黃土吸附Cu(Ⅱ)的影響比較顯著,吸附量均隨著溶液p H值的升高而逐漸升高。隨著重金屬初始濃度的增大,生物炭、黃土及加炭黃土對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附量也逐漸增大。當(dāng)初始濃度為50-300 mg·L-1時(shí),黃土對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附量大于生物炭的吸附量,當(dāng)初始濃度達(dá)到400 mg·L-1時(shí),更利于生物炭對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附。在25℃下,生物炭和加炭黃土對(duì)Cu(Ⅱ)的等溫吸附符合Langmuir模型,而黃土對(duì)Cu(Ⅱ)的等溫吸附可以用Freundlich方程來(lái)描述。生物炭、黃土及加炭黃土對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附是自發(fā)的吸熱過(guò)程,吸附量都是隨著溫度的升高而逐漸增大,升高溫度可以促進(jìn)三者對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附進(jìn)程。一定濃度的無(wú)機(jī)鹽Ca2+對(duì)生物炭、黃土及加炭黃土的吸附能力影響不大。(2)研究了添加生物炭對(duì)模擬污染黃土中重金屬離子(Cu2+)解吸作用的影響。結(jié)果表明,Cu(Ⅱ)的解吸動(dòng)力學(xué)均符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。當(dāng)溶液p H值3.5時(shí),Cu(Ⅱ)在黃土體系下的解吸率顯著提高;當(dāng)溶液p H值4.0時(shí),Cu(Ⅱ)在加炭黃土體系下的解吸率明顯增大。隨著溫度的升高(25-40℃),Cu(Ⅱ)在黃土上的解吸率逐漸增加,而Cu(Ⅱ)在加炭黃土體系下的解吸率變化趨勢(shì)不明顯。Cu(Ⅱ)在黃土及加炭黃土體系下的解吸率隨著初始污染濃度的增加而逐漸減小。Cu(Ⅱ)的解吸率隨著無(wú)機(jī)鹽Ca2+濃度的增加沒(méi)有明顯變化。(3)研究了黃土中主要成分腐植酸和伊利石-生物炭-水體系下重金屬Cu的吸附作用。結(jié)果表明,Cu(Ⅱ)的吸附量均受溶液p H值的顯著影響,生物炭對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附量均隨著溶液p H值的增大而增加,而生物炭+腐植酸和生物炭+伊利石體系對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附量隨p H值的增大先逐漸增加后趨于平衡。Cu(Ⅱ)的吸附量均隨著初始濃度的增大而逐漸增加,生物炭對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附等溫線均符合Langmuir模型,而生物炭+腐植酸和生物炭+伊利石體系對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附等溫線均符合Freundlich模型。Cu(Ⅱ)的吸附量均隨溫度的升高而逐漸增加,說(shuō)明在該實(shí)驗(yàn)條件下,升高溫度有助于吸附過(guò)程的進(jìn)行,生物炭、生物炭+腐植酸和生物炭+伊利石體系對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附是一個(gè)自發(fā)的吸熱過(guò)程。 【關(guān)鍵詞】：生物炭 黃土 重金屬Cu(II) 吸附 解吸
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：X53;X52;O647.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 土壤重金屬污染10-14
• 1.1.1 來(lái)源及現(xiàn)狀10-11
• 1.1.2 特點(diǎn)11
• 1.1.3 修復(fù)技術(shù)11-14
• 1.2 生物炭修復(fù)重金屬污染土壤的研究14-16
• 1.2.1 生物炭的性質(zhì)14-15
• 1.2.2 生物炭修復(fù)重金屬污染的研究進(jìn)展15-16
• 1.3 研究背景和課題意義16-17
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容和目的17-18
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容17
• 1.4.2 研究目的17-18
• 2 重金屬Cu(Ⅱ)在生物炭-黃土-水體系下的吸附作用18-37
• 2.1 引言18
• 2.2 材料與方法18-22
• 2.2.1 試劑及儀器18-19
• 2.2.2 供試土壤19
• 2.2.3 生物炭的制備19
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)19-22
• 2.2.5 分析方法22
• 2.3 結(jié)果與討論22-36
• 2.3.1 胡麻秸稈生物炭22-29
• 2.3.2 油菜秸稈生物炭29-35
• 2.3.3 兩種生物炭的比較討論35-36
• 2.4 小結(jié)36-37
• 3 生物炭對(duì)模擬污染黃土中重金屬Cu(Ⅱ)的解吸作用的影響37-45
• 3.1 引言37
• 3.2 材料與方法37-39
• 3.2.1 試劑與儀器37-38
• 3.2.2 污染土壤的制備38
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)38
• 3.2.4 分析方法38-39
• 3.3 結(jié)果與討論39-44
• 3.3.1 時(shí)間39-41
• 3.3.2 初始pH值41-42
• 3.3.3 溫度42
• 3.3.4 初始濃度42-43
• 3.3.5 無(wú)機(jī)鹽Ca~(2+)43-44
• 3.4 小結(jié)44-45
• 4 黃土主要組分-生物炭-水體系下重金屬Cu(Ⅱ)的吸附作用45-55
• 4.1 引言45-46
• 4.2 材料與方法46-47
• 4.2.1 試劑與儀器46
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)46-47
• 4.2.3 分析測(cè)試與計(jì)算47
• 4.3 結(jié)果與討論47-54
• 4.3.1 腐植酸47-51
• 4.3.2 伊利石51-54
• 4.4 小結(jié)54-55
• 5 結(jié)論及展望55-57
• 5.1 結(jié)論55
• 5.2 展望55-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果62

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