生物碳質(zhì)對有機(jī)污染物的吸附作用及機(jī)理調(diào)控.pdf

1、生物碳質(zhì)指生物質(zhì)在缺氧條件下燃燒或熱解產(chǎn)生的含碳物質(zhì)，其中含有炭化組分(黑碳)和非炭化組分(天然有機(jī)質(zhì))，其來源廣泛(如秸稈焚燒和森林大火)，大量積累于土壤等環(huán)境，對土壤中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化及生物有效性產(chǎn)生重要影響。有關(guān)生物碳質(zhì)(如碳黑)的結(jié)構(gòu)特征、吸附性能及機(jī)制之間的關(guān)系成為當(dāng)前環(huán)境化學(xué)的研究熱點之一。本文在評述環(huán)境黑碳的結(jié)構(gòu)特征、吸附性能及機(jī)理等研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，以松針和水稻秸稈作為森林和農(nóng)業(yè)生物質(zhì)代表，在100-700℃下熱解制

2、備生物碳質(zhì)(對松針標(biāo)記為P100-P700，秸稈則為RCl00-CR700)，用熱重分析、元素分析、比表面積、傅立葉紅外光譜、電鏡掃描等表征其結(jié)構(gòu)特征；用批量平衡法，研究了生物碳質(zhì)吸附水中極性和非極性有機(jī)污染物的性能及影響因素；重點探討了生物碳質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征與吸附機(jī)理之間的定量關(guān)系及調(diào)控機(jī)制，為準(zhǔn)確預(yù)測環(huán)境有機(jī)污染物的吸附行為提供理論依據(jù)，同時為模擬環(huán)境碳黑設(shè)計高性能的環(huán)境吸附材料提供技術(shù)支撐。主要取得了以下創(chuàng)新性成果： (1)

3、生物碳質(zhì)對水中有機(jī)污染物吸附能力強(qiáng)、吸附容量大。炭化溫度調(diào)控其表面與結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而決定其吸附性能和作用機(jī)制。生物碳質(zhì)的芳香性隨炭化溫度的升高而急劇增加；而其極性則急劇降低，相應(yīng)地從“軟碳質(zhì)”逐漸過渡到“硬碳質(zhì)”，同時比表面積迅速增大。吸附性能參數(shù)N與H/C比值呈良好的線性正相關(guān)(R2=0.997～0.998)；logKf與H／C比值呈良好的線性負(fù)相關(guān)(R2=0.955～0.992)。 (2)生物碳質(zhì)對有機(jī)污染物的吸附機(jī)理隨著炭

4、化溫度的升高而發(fā)生規(guī)律性演變，即從分配作用為主(如P100、RC100)逐漸過渡到以表面吸附作用為主(如P700、RC700)；定量描述了分配作用和表面吸附作用對生物碳質(zhì)總吸附的相對貢獻(xiàn)。 (3)揭示了分配作用和表面吸附作用強(qiáng)弱與吸附劑的結(jié)構(gòu)特征之間的關(guān)系及影響因素。隨炭化溫度升高，生物碳質(zhì)的分配相從“脂肪性”過渡到“芳香性”，分配作用(Kp)取決于分配介質(zhì)與有機(jī)污染物之間的極性的“匹配性”和“有效性”；表面吸附作用包括表面覆