生物炭的制備及對土壤重金屬吸附性能研究.pdf

1、土壤重金屬污染得到了世界各國研究者的廣泛關(guān)注。生物炭是通過熱化學(xué)處理方法制備的高比表面積富碳固體。生物炭土壤修復(fù)技術(shù)是通過向土壤中施加生物炭、利用生物炭吸附作用促使土壤中重金屬從有效態(tài)向殘渣態(tài)轉(zhuǎn)變的方法。該技術(shù)在固碳減排方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，是極具發(fā)展前景的土壤重金屬修復(fù)技術(shù)之一。目前該技術(shù)尚處于研發(fā)起步階段。本文通過實驗，開展了生物質(zhì)炭制備及其對土壤重金屬(Pb和Zn)吸附性能的研究，論文主要工作和結(jié)論如下:
　　以楊樹枝(PB)

2、、水葫蘆(WH)和玉米秸稈(CS)等三種生物質(zhì)為原料，利用固定床熱解實驗裝置制備了生物炭，采用掃描電鏡(SEM-EDS)、比表面積及孔隙結(jié)構(gòu)分析、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析(ICP-AES)、X射線衍射儀(XRD)以及傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)等測試手段對不同種類的生物炭進(jìn)行了分析與表征，明確了熱解溫度對生物質(zhì)焦理化結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:隨著熱解溫度的增加，生物炭的微觀孔隙結(jié)構(gòu)均發(fā)生顯著的改變，700℃熱解溫度下制備的楊樹

3、枝炭表現(xiàn)出最佳的孔隙結(jié)構(gòu)。隨著熱解溫度的升高，生物炭中K、Ca和Mg等元素含量逐漸增加，水葫蘆炭具有較高的陽離子交換量(CEC)。隨著熱解溫度的增加，生物炭表面官能團(tuán)的種類和數(shù)量逐漸越少，水葫蘆炭在高溫下仍能保留較多的官能團(tuán)數(shù)量和較強(qiáng)的吸收峰強(qiáng)度。
　　利用土壤重金屬吸附實驗系統(tǒng)，研究了生物炭種類、熱解溫度和添加量等因素對土壤和溶液中重金屬(Pb和Zn)離子的吸附性能。結(jié)果表明:在相同熱解溫度和生物炭添加量的條件下，水葫蘆炭對土壤

4、重金屬吸附性能最佳，其對土壤中Zn和Pb的吸附率分別為21.83％和44.57％，相應(yīng)的單位吸附量分別為227.65μg/g和363.76μg/g。隨著熱解溫度升高，生物炭對土壤中Zn和Pb的吸附率逐漸增大。隨著添加量增加，楊樹枝炭對土壤中Zn和Pb的吸附率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，水葫蘆炭對土壤中Zn和Pb的吸附率逐漸增大，單位吸附量逐漸減小。不同生物炭均對溶液中Pb和Zn離子具有良好的吸附能力，其中Pb吸附率接近100％。
　　

5、利用生命周期評價方法(LCA)對生物炭土壤利用的各個生命周期階段的溫室氣體減排情況進(jìn)行評估。結(jié)果表明，三種生物質(zhì)均表現(xiàn)了積極的固碳減排效果。其溫室氣體減排值分別為1196.78、1068.81和1272.03 kgCO2e/t。生物炭的碳封存對整個生命周期的緩解溫室氣體排放貢獻(xiàn)最大，生物炭的田間施用過程排放的溫室氣體最多。以提高作物產(chǎn)量10％為基準(zhǔn)，生物炭施加到土壤中可以產(chǎn)生收益30.21～348.28元/畝，其中蔬菜產(chǎn)生的收益最多，達(dá)