生物炭對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)達的孔隙度結構、豐富的表面官能團等，研究其在土壤和水體中對有機污染物的吸附性能和吸附機制的相關工作已成為當前環(huán)境領域研究的一個熱點。本文選用來源廣泛且產(chǎn)量大的低價值的農(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構特征。針對當前環(huán)境中出現(xiàn)的增塑劑污染問題，通過序批吸附試驗，研究不同生物炭對水中代表性增塑劑鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)的吸附動力學和熱力學，以及不同環(huán)境因素對吸附性能的影響，并依據(jù)生物炭的連續(xù)吸附柱試驗和解吸附試驗，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構有較大的差異，稻稈和稻殼由于Si元素含量高而導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構，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”結構，而稻稈、稻殼由于富含硅而表現(xiàn)出“鐘乳狀”結構。不同原料制備的生物炭表面官能團的差異不大，生物炭的含氧官能團主要有羥基、羧基和羰基等。
　　(2)相比于準一級

4、動力學模型，準二級動力學模型更能準確地擬合生物炭對DEP的吸附過程，說明吸附受化學過程控制，同時，顆粒內(nèi)擴散模型也能很好地擬合吸附過程，說明吸附受顆粒內(nèi)擴散過程控制。隨著溶液pH值的增加(pH:2.5-10)，生物炭對DEP的吸附量逐漸減少，而溶液的離子強度的增加（0.001-0.2mM）略微促進了對DEP的吸附效果，其原因可能為離子強度的增加使得DEP發(fā)生“鹽析”現(xiàn)象，促進了DEP從溶液中吸附到各吸附劑上。生物炭對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DEP的吸附。
　　(3)連續(xù)吸附柱實驗表明各生物炭對初始濃度為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到。雙室一級動力學模型可以較好擬合DEP在各吸附上的解吸附，解吸附呈現(xiàn)先快后慢的現(xiàn)象。試驗表明生物炭對DEP的解吸附率低，即吸附穩(wěn)