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.pdf

1、土壤重金屬污染具有隱蔽性、累積性和不可逆性等特點。它不僅對土壤的理化性質(zhì)和植物生長產(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，最終通過食物鏈影響人類的健康。所以，重金屬污染土壤的修復(fù)已經(jīng)引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。近年來，由于生物炭獨特的結(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

2、。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驗，考察了不同影響因素對生物炭、黃土及加炭黃土吸附Cu(II)的影響，采用動力學(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力學(xué)和熱力學(xué)特點。其次采用批次平衡解吸實驗，研究了添加生物炭對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+的解吸動力學(xué)和熱力學(xué)特點。最后采用批次平衡吸

3、附實驗，研究黃土中主要成分有機質(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。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)。通過論文研究，主要得到以下結(jié)論：
　?。?）考察了溶液初始pH值、吸附時間、重金屬初始濃度、溫度和無機鹽Ca2+濃度對生物炭、黃土及加炭黃土吸附Cu(II)的影響。結(jié)果

4、表明，生物炭對Cu(II)的吸附在4 h時基本達(dá)到平衡，而黃土及加炭黃土對Cu(II)的平衡時間為10 h。生物炭、黃土及加炭黃土對Cu(II)的吸附動力學(xué)曲線符合準(zhǔn)二級動力學(xué)方程。溶液pH值對生物炭、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 pH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Cu(II)的吸附量也逐漸增大。當(dāng)初始濃度為50-300mg·L-1時，黃土對Cu(II)的吸附量大

5、于生物炭的吸附量，當(dāng)初始濃度達(dá)到400mg·L-1時，更利于生物炭對Cu(II)的吸附。在25℃下，生物炭和加炭黃土對Cu(II)的等溫吸附符合Langmuir模型，而黃土對Cu(II)的等溫吸附可以用Freundlich方程來描述。生物炭、黃土及加炭黃土對Cu(II)的吸附是自發(fā)的吸熱過程，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Cu(II)的吸附進(jìn)程。一定濃度的無機鹽Ca2+對生物炭、黃土及加炭黃土的吸附能力影響不

6、大。
　?。?）研究了添加生物炭對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)的解吸動力學(xué)均符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。當(dāng)溶液pH值<3.5時，Cu(II)在黃土體系下的解吸率顯著提高；當(dāng)溶液pH值<4.0時，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不明顯。Cu(II)在黃土及加炭黃土體

7、系下的解吸率隨著初始污染濃度的增加而逐漸減小。Cu(II)的解吸率隨著無機鹽Ca2+濃度的增加沒有明顯變化。
　?。?）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pH值的顯著影響，生物炭對Cu(II)的吸附量均隨著溶液pH值的增大而增加，而生物炭+腐植酸和生物炭+伊利石體系對Cu(II)的吸附量隨pH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