農林廢棄物制備生物炭及其固定化微生物對H2S的脫除機理.pdf

1、生物炭是農林廢棄物在限氧條件下低溫熱解形成的一種功能化環(huán)保材料，其優(yōu)良的吸附性能、豐富的原料來源和低廉的價格特征吸引了越來越多研究者的廣泛關注，已經成為國內外的熱點研究領域和前沿研究課題。但是目前國內外關于生物炭環(huán)境生態(tài)效應的研究報道主要集中在土壤改良及其污染治理，還未見生物炭治理 H2S的研究報道。本文在研究設計生物炭規(guī)?；苽溲b置及其性能調控的基礎上，采用傅立葉紅外光譜分析、熱解動力學等方法，以香樟樹枝、竹子、稻殼等典型農林廢棄物為

2、研究對象，開展了農林廢棄物及其炭化條件對生物炭性能影響的研究；在此基礎上，采用分子生物學和微生物富集培養(yǎng)與固定化技術，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H2S的吸附與脫除機理。論文對于農林廢棄物的資源化利用、生物炭規(guī)模化生產和H2S惡臭氣體的有效治理具有重要的理論和現實意義，主要研究結果如下：
　　1.同一熱解時間內，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率分別為47.97％，

3、61.66%和67.75%；對基于熱自燃理論設計的三段式炭化爐研究表明，生物炭原料含水量增大會延長炭化爐炭化時間，降低炭化效率，進氧量是調控炭化爐內熱解溫度，提高炭化效率的一個重要參數。
　　2.炭化爐內生物質炭化熱解溫度時空變化特征研究表明，隨著炭化時間的延長，各層的熱解溫度逐步上升，上升速率表現為中層＞下層＞上層；爐內空間溫度變化呈自下而上逐漸降低的特征，表現為下層＞中層＞上層；進氧量是調控炭化爐下層和上層熱解溫度的主要因素，

4、其中，對下層溫度的調控作用最大，中層溫度最小。
　　3.熱解溫度對不同粒徑生物炭產率、比表面積和灰分含量影響研究結果表明，100℃～500℃熱解溫度范圍內，不同粒徑生物炭均表現為隨著溫度的提高，產率逐漸降低，比表面積增大，灰分含量呈線性上升。其中，試驗熱解溫度范圍內，由香樟樹枝、竹子和稻殼制備的生物炭平均產率分別下降了67.13%、66.72%和49.62%，表現為香樟樹枝＞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＞香樟樹枝，灰分含量則呈顯著線性上升關系。
　　4.生物炭表面傅里葉紅外光譜（FTIR）特征及其 pH特性形成機理分析研究表明，稻殼、香樟樹枝和竹子生物炭表面pH特性與COO，OH和COH有機堿性基團有關。當熱解溫度在400℃和500℃的時候，三種生物炭的堿性與其表面存在的COO官能團和OH等其他官能團發(fā)生酯化或脫水等化學反應有關，其中，500℃熱解溫度條件下，表面pH超過10的強堿性稻殼和竹子生物炭中存在COH振動峰。

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

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

8、明，稻殼SRB500生物炭固定床層吸附H2S的飽和常數和速率常數分別為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16SrDNA測序鑒定為壤霉菌(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；不同生長條件研究結果表明，菌株最適宜的搖床轉速為200r/min，生長溫度為30℃；對硫離子的最大去除率為34.78%。
　　9.生物炭吸附動力學研究表明，M