不同生物質(zhì)制備的生物炭及其在紅壤鉛鎘穩(wěn)定化中的應(yīng)用.pdf

1、生物炭（Biochar）由于其表面積巨大，表面官能團(tuán)豐富而被人們廣泛用于環(huán)境治理中。然而，生物炭運用在紅壤重金屬鉛鎘復(fù)合穩(wěn)定化的研究則鮮有報道。本研究選擇柚子皮和谷殼為生物質(zhì)源，選取 HTT(最高熱解溫度)300℃、400℃、500℃，停留時間2h、5h及18℃/min升溫速率條件下制備生物炭，并將生物炭運用到鉛鎘污染紅壤的穩(wěn)定化技術(shù)研究中。試驗所用土樣為高嶺石型紅壤。通過對生物炭和處理土樣的表征分析掌握了所制備的生物炭基本特性，初步闡

2、釋出生物炭對紅壤鉛鎘復(fù)合重金屬同步修復(fù)的穩(wěn)定化機(jī)理。主要研究結(jié)果如下：
　?、勹肿悠峤怆A段為180～430℃，質(zhì)量損失60％；碳化階段為420～500℃，質(zhì)量損失20%。谷殼熱解階段為260～350℃，質(zhì)量損失45%；碳化階段為350～630℃，質(zhì)量損失30%。當(dāng)HTT超過碳化階段溫度時，只剩10%的殘余灰燼。
　?、陔S著熱解溫度升高生物炭的表面結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，表面官能團(tuán)由簡單的烴烷基、羥基、羧基、酯基等開始向芳香化縮合，至5

3、00℃時基本完成芳香化轉(zhuǎn)化。這些表面官能團(tuán)能夠提供大量的化學(xué)吸附位點，有助于鉛鎘吸附穩(wěn)定化。熱解停留時間對表面結(jié)構(gòu)影響不明顯。
　?、鄄煌瑮l件制備的生物炭對土壤鉛鎘的穩(wěn)定化效果，HTT300℃生物炭的要高于HTT500℃的；5h碳化停留時間的生物炭穩(wěn)定化處理組比2h的有更長期的穩(wěn)定化優(yōu)勢，C35組和P35組的穩(wěn)定效果最好。對土壤鎘，柚子皮生物炭穩(wěn)定化效果要優(yōu)于谷殼組，短期內(nèi)(穩(wěn)定化時間<16d)呈現(xiàn)明顯的波動狀態(tài)，16d之后則表現(xiàn)

4、穩(wěn)定增長。各生物炭處理組對土壤鉛的穩(wěn)定化效果在16～32d后穩(wěn)定效果有明顯增長。
　?、苣M鉛添加穩(wěn)定試驗可得，C35和P35生物炭在較低鉛濃度（C組添加以下）下均對鉛有更好的穩(wěn)定化效果，但16倍以上添加則表現(xiàn)為活化作用。P10組最優(yōu)穩(wěn)定化效果為A組的32d處理，鉛、鎘穩(wěn)定化率分別為57.6%和48.6%；P5組最優(yōu)穩(wěn)定效果為原土組的2d處理，鉛、鎘穩(wěn)定化率分別達(dá)59.2%和55.2%；C5組最優(yōu)穩(wěn)定效果為原土組的4d處理，鉛、鎘

5、穩(wěn)定化率分別為55.9%、32.6%。隨著土壤鉛含量增加，對紅壤鎘總體影響不大。對紅壤鉛鎘，C5組短期穩(wěn)定作用明顯，但長期效果不顯著，柚子皮生物炭則表現(xiàn)短期內(nèi)有波動，中長期效果的更明顯。
　?、軨組生物炭對紅壤鉛的平均穩(wěn)定容量最大，C5組13.01mg/g、P5組17.78mg/g、P10組8.93mg/g。生物炭對紅壤鎘平均穩(wěn)定容量最大為：C5組為原土組0.012mg/g、P5組為A組0.026mg/g，P10組為原土組0.01

6、7mg/g。柚子皮生物炭對紅壤鉛鎘穩(wěn)定容量更大，P5組單位穩(wěn)定容量最大，最優(yōu)投加量應(yīng)為5%（w:w）柚子皮生物炭添加。
　?、藿Y(jié)合各表征分析可知，生物炭對土壤鉛鎘的穩(wěn)定化作用主要不是靠表面物理吸附，而是靠-OH、甲基、亞甲基、-C=O、R-C-O等官能團(tuán)的化學(xué)吸附為主。土壤鉛鎘和生物炭上的羥基、羧基酯基等官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)吸附，生成二十八烷醇鉛（C36H70O4Pb）、L-苯丙氨酸二鎘（C18H20CdN2O4）等金屬-有機(jī)配合物、以