原材料和溫度對(duì)生物炭的理化特性及鎘吸附能力的影響研究.pdf

1、目前土壤受重金屬污染嚴(yán)重，容易被農(nóng)作物吸收積累，危害人體健康，重金屬污染土壤治理日益受到重視。生物炭?jī)?nèi)部具有中孔和微孔等多孔結(jié)構(gòu)，比表面積巨大，同時(shí)表面含氧官能團(tuán)豐富，可以用來(lái)吸附環(huán)境中的重金屬。本文以稻稈和稻殼為原料在不同溫度下制備生物炭，利用掃描電鏡，元素分析，比表面測(cè)定儀等現(xiàn)代儀器技術(shù)表征并分析生物炭的結(jié)構(gòu)形貌、元素含量和比表面積和孔徑等理化性質(zhì)，同時(shí)進(jìn)行鎘溶液吸附實(shí)驗(yàn)，主要結(jié)論如下：
　　1)裂解溫度和原材料對(duì)生物炭理化性

2、質(zhì)均有顯著影響。同一溫度下稻殼生物炭的產(chǎn)率和灰分含量、含碳量均高于稻稈生物炭，pH值和揮發(fā)分含量均低于稻稈生物炭。裂解溫度升高，兩種生物炭的理化特性變化相似，具體表現(xiàn)為隨著熱解溫度的升高，產(chǎn)率和揮發(fā)分比例下降，灰分含量升高，pH增大，含碳量上升，N、H、O元素含量下降，H/C、O/C、(O+N)/C比值下降，極性和親水性減弱，芳香性增強(qiáng)。
　　2)傅里葉紅外分析表明稻稈和稻殼生物炭這兩種生物炭在表面官能團(tuán)種類上沒(méi)有較大差異，均含有

3、豐富的官能團(tuán)如羥基、羧基等。裂解溫度對(duì)生物炭表面官能團(tuán)影響顯著，主要表現(xiàn)為甲基-CH3和亞甲基-CH2隨裂解溫度升高而逐漸消失，烷烴基缺失，形成了芳香性結(jié)構(gòu)芳香環(huán)，且芳香化程度逐漸增加。進(jìn)一步進(jìn)行Bohem滴定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明原材料和溫度對(duì)生物炭官能團(tuán)數(shù)量均有一定影響，稻稈生物炭總官能團(tuán)數(shù)量和堿性官能團(tuán)含量均要高于稻殼生物炭。隨裂解溫度升高兩種生物炭官能團(tuán)變化相似，裂解溫度升高，總官能團(tuán)數(shù)量呈減少趨勢(shì)，堿性官能團(tuán)含量上升，酸性官能團(tuán)比例下

4、降。
　　3)掃描電鏡結(jié)果顯示裂解后兩種生物炭的表面形態(tài)均發(fā)生很大的變化，原材料稻稈和稻殼的結(jié)構(gòu)散亂無(wú)序，制備成生物炭之后出現(xiàn)規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)。不同熱解溫度制備的稻稈生物炭和稻殼生物炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)類似,均具有多孔結(jié)構(gòu),相比稻殼生物炭，稻稈生物炭的孔結(jié)構(gòu)更加規(guī)則，孔數(shù)量更多。比表面積結(jié)果分析表明稻稈和稻殼生物炭中的孔結(jié)構(gòu)均為中孔，且隨著裂解溫度升高，平均孔徑減小。原材料和裂解溫度對(duì)生物炭表面特性均有顯著的影響，同一溫度下，稻稈和稻殼生物炭比

5、表面積等表面特性不同，在300℃~500℃溫度區(qū)間，稻殼生物炭比表面積要明顯大于稻稈生物炭，在600℃和700℃時(shí)情況相反。稻稈和稻殼生物炭最佳表面特性的制備溫度不同，分別為600℃和700℃。在不同的裂解溫度下兩種生物炭表面特性變化相似，隨著裂解溫度升高，BET比表面積增大，平均孔徑減小，總孔容增大。這說(shuō)明裂解溫度的升高有利于生物炭孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)育和微孔的形成。因此可以適當(dāng)提高裂解溫度改良生物炭表面特性。
　　4)酸化處理后的比表

6、面積及孔徑分析結(jié)果表明，稻稈和稻殼生物炭比表面積和總孔容均增大，但是相比稻殼生物炭的緩慢增加，酸化處理大大增加了稻稈生物炭比表面積，這說(shuō)明酸化處理對(duì)稻稈生物炭影響更大。酸化前稻稈生物炭在600℃比表面積達(dá)到最大，酸化后比表面積增加，在700℃比表面積達(dá)到最大。
　　5)原材料、制備溫度和酸可溶礦物質(zhì)對(duì)生物炭的鎘溶液吸附能力均有一定的影響，其中酸可溶礦物質(zhì)的影響更顯著。稻稈生物炭的鎘吸附能力比稻殼生物炭要強(qiáng)，且兩種生物炭對(duì)鎘的吸附能