生物炭對(duì)西北黃土中農(nóng)藥敵草隆和西維因吸附行為影響的研究.pdf

1、外源生物炭(Biochar)可提高黃土肥力，改良土壤環(huán)境。研究不同外源性生物炭對(duì)高緯度寒旱地區(qū)黃土中有機(jī)污染物吸附行為的影響，對(duì)于了解該類污染物在黃土地區(qū)的歸趨具有重大意義。本論文分別以玉米秸稈和松針為原材料，在不同溫度下(200、400和600℃)制備生物炭，同時(shí)利用電鏡掃描，孔徑測(cè)定、元素分析和紅外光譜等方法對(duì)所制生物炭進(jìn)行表征分析，并采用批量法對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)等吸附性能的測(cè)試。分析不同來(lái)源和不同溫度下制備的生物炭對(duì)兩種典型農(nóng)

2、藥敵草隆(diuron)和西維因(carbaryl)在西北黃土中吸附性能的影響，確定其平衡吸附模型，并對(duì)溫度、pH、初始濃度等影響因素進(jìn)行了探討。研究結(jié)果如下:
　　(1)生物炭表征分析結(jié)果顯示，生物炭表面含有羥基、羧基、羰基等基團(tuán)，且隨著生物炭熱解溫度的升高和熱解時(shí)間的延長(zhǎng)，生物炭灰分含量和碳化程度增強(qiáng)的同時(shí)產(chǎn)率和有機(jī)質(zhì)含量下降。隨著生物炭熱裂解溫度的升高，孔體積增大，孔徑減小，生物炭孔壁逐漸變薄，內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)增大，微孔數(shù)量增多。

3、碳含量隨生物炭熱解溫度的升高而增大，氫和氧含量逐漸降低，生物炭芳香性增加，而極性降低。
　　(2)黃土對(duì)兩種有機(jī)農(nóng)藥的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，西維因和敵草隆在黃土上的動(dòng)力學(xué)吸附過(guò)程均分為快反應(yīng)和慢反應(yīng)兩個(gè)階段，動(dòng)力學(xué)吸附過(guò)程較符合Pseudo-second-order和Intraparticle diffusion吸附模型，熱力學(xué)吸附較符合Freundlich模型，吸附過(guò)程均為放熱過(guò)程。溶液pH和粒徑對(duì)土壤顆粒吸附敵草隆和西維因都有著不

4、同程度的影響，當(dāng)溶液pH在3～10范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)黃土中敵草隆吸附行為影響不大，但對(duì)西維因的吸附變化卻有著顯著影響。
　　(3)生物炭吸附兩種有機(jī)污染物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不論是對(duì)敵草隆還是對(duì)西維因的吸附過(guò)程中，MBC-600和PBC-600的吸附量都遠(yuǎn)大于200℃和400℃條件下制得的生物炭的吸附量，動(dòng)力學(xué)吸附過(guò)程較符合Pseudo-second-order動(dòng)力學(xué)吸附模型，熱力學(xué)吸附符合Freundlich方程，吸附過(guò)程中ΔGθ＜0

5、、ΔHθ＞0、ΔSθ＞0，表明兩種有機(jī)污染物在生物炭上的吸附為自發(fā)進(jìn)行且體系混亂程度增大的吸熱過(guò)程。對(duì)貢獻(xiàn)量分析研究表明:敵草隆和西維因在較低溫度下制備的生物炭上的吸附以分配作用為主，表面吸附作用的貢獻(xiàn)量隨生物炭熱解溫度的升高而增大，對(duì)兩種有機(jī)污染物的吸附主要由分配作用和表面吸附共同完成。
　　(4)有機(jī)污染物敵草隆和西維因在添加外源生物炭黃土上的吸附影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，添加生物炭可以顯著提高敵草隆和西維因在黃土上的飽和吸附量，動(dòng)力

6、學(xué)符合Pseudo-second-order吸附模型，熱力學(xué)符合Freundlich等溫吸附模型;吸附自由能E在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)均小于8 kJ·mol-1，表明其吸附過(guò)程以物理吸附為主。生物炭添加量和熱裂解溫度的不同對(duì)黃土吸附敵草隆有著顯著的影響，黃土對(duì)有機(jī)物的吸附作用主要被生物炭所控制。體系溫度和溶液初始濃度對(duì)吸附行為均有較大影響;pH僅對(duì)西維因吸附行為影響較大，對(duì)敵草隆吸附量無(wú)顯著影響。
　　(5)有機(jī)污染物在柴油污染黃土上的吸

7、附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與第三章未受污染黃土對(duì)敵草隆和西維因的動(dòng)力學(xué)吸附相比較，柴油污染黃土對(duì)有機(jī)污染物的吸附平衡時(shí)間基本無(wú)太大變化，生物炭的添加加速了柴油污染黃土對(duì)兩種污染物的吸附過(guò)程，縮短了吸附平衡時(shí)間。動(dòng)力學(xué)過(guò)程更符合Pseudo-second-order模型;不論是對(duì)敵草隆的吸附，還是對(duì)西維因的吸附，添加生物炭的柴油污染黃土對(duì)其的ΔGθ＜0、ΔF＞0、ΔSθ＞0，表明此吸附為自發(fā)進(jìn)行吸熱過(guò)程。添加MBC-400的不同柴油污染強(qiáng)度的黃土對(duì)