生物炭和改性生物炭對(duì)有機(jī)污染物的吸附-轉(zhuǎn)化性能及作用機(jī)理.pdf

1、生物炭是一種由生物質(zhì)原料（農(nóng)業(yè)廢棄物為主）在限氧裂解條件下制得的富碳材料，由于優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，其常被用作修復(fù)劑和改良劑施加到污染土壤中。本文首先介紹了生物炭的基本結(jié)構(gòu)性能，并綜述了生物炭對(duì)有機(jī)污染物吸附作用以及轉(zhuǎn)化作用的最新研究進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，本論文選用了水稻秸稈和松木木屑作為生物質(zhì)原材料，結(jié)合熱重分析、元素分析、紅外光譜分析、比表面積分析等不同分析手段，系統(tǒng)研究了不同裂解溫度對(duì)生物炭的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)組成的影響;隨后選取了氯酚、苯酚、

2、氯霉素、炔雌醇、磺胺嘧啶五種分子作為典型小分子及抗生素污染物代表，進(jìn)一步研究了不同結(jié)構(gòu)生物炭（不同溫度水稻秸稈、松木木屑生物炭）對(duì)于有機(jī)污染物的吸附作用、機(jī)理及構(gòu)-效關(guān)系;在吸附作用的基礎(chǔ)上，選取了氯酚作為模型污染物分子，利用動(dòng)力學(xué)研究手段，探究了生物炭結(jié)構(gòu)對(duì)污染物的吸附-轉(zhuǎn)化界面過(guò)程及微觀作用機(jī)制;為增強(qiáng)生物炭對(duì)污染物的吸附/轉(zhuǎn)化作用，進(jìn)一步利用金屬改性及溶劑清洗等方法，優(yōu)化改性了生物炭的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，并研究了改性結(jié)構(gòu)對(duì)污染物吸附/轉(zhuǎn)化能

3、力的增強(qiáng)作用;為模擬實(shí)際土壤中生物炭的添加對(duì)污染物遷移轉(zhuǎn)化影響，采用了土柱實(shí)驗(yàn)，研究了生物炭的添加在實(shí)際土壤修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。該論文較系統(tǒng)研究了裂解溫度對(duì)生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，探討了生物炭對(duì)污染物吸附-轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理及構(gòu)效關(guān)系，為安全高效利用生物炭修復(fù)污染土壤提供理論依據(jù)。取得的主要結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)探明了生物炭的表面官能團(tuán)性質(zhì)、孔隙結(jié)構(gòu)、表面持久性自由基含量與制備溫度的關(guān)系。結(jié)果表明，隨著制備溫度的升高，生物炭極性

4、官能團(tuán)逐漸減少、芳構(gòu)化程度逐漸增強(qiáng)、微孔孔隙結(jié)構(gòu)逐漸增多、表面持久性自由基含量呈現(xiàn)出先升高后減少的趨勢(shì)。
　　(2)探究了不同溫度木屑和水稻秸稈生物炭吸附對(duì)氯酚、苯酚、氯霉素、炔雌醇、磺胺嘧啶等可離子化有機(jī)污染物的性能、作用機(jī)理。結(jié)果表明，高溫生物炭對(duì)氯酚、苯酚的吸附主要通過(guò)表面π-π相互作用，而對(duì)氯霉素、炔雌醇、磺胺嘧啶的吸附主要由電性作用決定。木屑生物炭對(duì)有機(jī)污染物的吸附性能強(qiáng)于水稻秸稈生物炭，源于木屑礦物成分較少，制得的木屑

5、生物炭具備更豐富的孔隙結(jié)構(gòu)與比表面積。
　　(3)揭示了不同結(jié)構(gòu)生物炭對(duì)模型污染物對(duì)氯酚的吸附-轉(zhuǎn)化的性能以及影響因素。高溫木屑生物炭吸附-轉(zhuǎn)化對(duì)氯酚可通過(guò)“非自由基途徑”，斷裂C-Cl鍵產(chǎn)生脫氯反應(yīng)。相比于木屑生物炭，水稻秸稈在其豐富礦物組分的作用下，生物炭對(duì)于對(duì)氯酚具有更好的吸附-轉(zhuǎn)化性能。
　　(4)研究了金屬離子改性(Fe3+、Al3+、Mn2+)和溶劑清洗（水洗、醇洗）對(duì)生物炭結(jié)構(gòu)及吸附-轉(zhuǎn)化性能的影響。結(jié)果表明，