農(nóng)林廢棄物制備生物炭及其固定化微生物對(duì)H2S的脫除機(jī)理.pdf

1、生物炭是農(nóng)林廢棄物在限氧條件下低溫?zé)峤庑纬傻囊环N功能化環(huán)保材料，其優(yōu)良的吸附性能、豐富的原料來(lái)源和低廉的價(jià)格特征吸引了越來(lái)越多研究者的廣泛關(guān)注，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域和前沿研究課題。但是目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于生物炭環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的研究報(bào)道主要集中在土壤改良及其污染治理，還未見(jiàn)生物炭治理 H2S的研究報(bào)道。本文在研究設(shè)計(jì)生物炭規(guī)?；苽溲b置及其性能調(diào)控的基礎(chǔ)上，采用傅立葉紅外光譜分析、熱解動(dòng)力學(xué)等方法，以香樟樹(shù)枝、竹子、稻殼等典型農(nóng)林廢棄物為

2、研究對(duì)象，開(kāi)展了農(nóng)林廢棄物及其炭化條件對(duì)生物炭性能影響的研究；在此基礎(chǔ)上，采用分子生物學(xué)和微生物富集培養(yǎng)與固定化技術(shù)，系統(tǒng)研究了從活性污泥中篩選出的QF1菌株固定化生物炭對(duì)H2S的吸附與脫除機(jī)理。論文對(duì)于農(nóng)林廢棄物的資源化利用、生物炭規(guī)?；a(chǎn)和H2S惡臭氣體的有效治理具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，主要研究結(jié)果如下：
　　1.同一熱解時(shí)間內(nèi)，微波、自燃和電熱解制備的生物炭表面pH值均呈堿性特征，制備的稻殼生物炭產(chǎn)率分別為47.97％，

3、61.66%和67.75%；對(duì)基于熱自燃理論設(shè)計(jì)的三段式炭化爐研究表明，生物炭原料含水量增大會(huì)延長(zhǎng)炭化爐炭化時(shí)間，降低炭化效率，進(jìn)氧量是調(diào)控炭化爐內(nèi)熱解溫度，提高炭化效率的一個(gè)重要參數(shù)。
　　2.炭化爐內(nèi)生物質(zhì)炭化熱解溫度時(shí)空變化特征研究表明，隨著炭化時(shí)間的延長(zhǎng)，各層的熱解溫度逐步上升，上升速率表現(xiàn)為中層＞下層＞上層；爐內(nèi)空間溫度變化呈自下而上逐漸降低的特征，表現(xiàn)為下層＞中層＞上層；進(jìn)氧量是調(diào)控炭化爐下層和上層熱解溫度的主要因素，

4、其中，對(duì)下層溫度的調(diào)控作用最大，中層溫度最小。
　　3.熱解溫度對(duì)不同粒徑生物炭產(chǎn)率、比表面積和灰分含量影響研究結(jié)果表明，100℃～500℃熱解溫度范圍內(nèi)，不同粒徑生物炭均表現(xiàn)為隨著溫度的提高，產(chǎn)率逐漸降低，比表面積增大，灰分含量呈線(xiàn)性上升。其中，試驗(yàn)熱解溫度范圍內(nèi)，由香樟樹(shù)枝、竹子和稻殼制備的生物炭平均產(chǎn)率分別下降了67.13%、66.72%和49.62%，表現(xiàn)為香樟樹(shù)枝＞竹子＞稻殼；三種生物炭比表面積的變化與大小依次為：稻殼＞

5、竹子＞香樟樹(shù)枝，灰分含量則呈顯著線(xiàn)性上升關(guān)系。
　　4.生物炭表面傅里葉紅外光譜（FTIR）特征及其 pH特性形成機(jī)理分析研究表明，稻殼、香樟樹(shù)枝和竹子生物炭表面pH特性與COO，OH和COH有機(jī)堿性基團(tuán)有關(guān)。當(dāng)熱解溫度在400℃和500℃的時(shí)候，三種生物炭的堿性與其表面存在的COO官能團(tuán)和OH等其他官能團(tuán)發(fā)生酯化或脫水等化學(xué)反應(yīng)有關(guān)，其中，500℃熱解溫度條件下，表面pH超過(guò)10的強(qiáng)堿性稻殼和竹子生物炭中存在COH振動(dòng)峰。

6、>　　5.采用阿倫尼烏斯（Arrhenius）方程，計(jì)算相同升溫速率下三種生物質(zhì)熱解反應(yīng)活化能和頻率因子的大小依次為香樟樹(shù)枝>竹子>稻殼。
　　6.隨著熱解溫度的提高，生物炭對(duì)H2S的穿透與飽和時(shí)間延長(zhǎng)，不同類(lèi)型生物炭對(duì)H2S的最大穿透和飽和時(shí)間依次為稻谷和竹子生物炭＞香樟樹(shù)枝生物炭。不同粒徑大小生物炭吸附H2S的穿透與飽和時(shí)間依次為小粒徑＞中粒徑＞大粒徑。
　　7.400℃和500℃熱解制備的小粒徑香樟樹(shù)枝、竹子和稻殼生物

7、炭對(duì)H2S的穿透和吸附飽和時(shí)間均比市售的果殼活性炭長(zhǎng)，活性炭對(duì)H2S吸附曲線(xiàn)的斜率比生物炭大，容易達(dá)到飽和，這與生物炭和活性炭的表面pH值有關(guān)。其中，果殼活性炭的表面pH值最低，對(duì)H2S的吸附容量為28.21mg/g，稻殼生物炭表面pH值最高，對(duì)H2S的吸附容量最大，達(dá)到382.71mg/g。四種炭材料對(duì)H2S吸附容量的大小為稻殼SRB500>竹子SBB500>香樟樹(shù)枝SCB400>果殼活性炭AC。Yoon-Nelson模型的擬合結(jié)果表

8、明，稻殼SRB500生物炭固定床層吸附H2S的飽和常數(shù)和速率常數(shù)分別為50%和0.0083。
　　8.采用富集培養(yǎng)法，從活性污泥中篩選出1株脫硫菌株QF1，經(jīng)16SrDNA測(cè)序鑒定為壤霉菌(Agromyces)，屬革蘭氏陰性、好氧異養(yǎng)菌，有鞭毛，最適pH為中性至弱堿性；不同生長(zhǎng)條件研究結(jié)果表明，菌株最適宜的搖床轉(zhuǎn)速為200r/min，生長(zhǎng)溫度為30℃；對(duì)硫離子的最大去除率為34.78%。
　　9.生物炭吸附動(dòng)力學(xué)研究表明，M