【摘 要】
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人类的生存离不开土壤和水,人体的健康也与之息息相关。但是社会发展的同时,随之带来的环境问题接踵而至。近几年,重金属污染问题引起了众多学者的关注。生物炭因为其拥有丰富的孔隙度、巨大的比表面积以及表面存在的官能团、制备原料来源广泛等优点,是应用于环境修复良好的材料。内蒙古是我国向日葵的主要种植区,长期以来作为生产副产物的向日葵秸秆资源化利用率低。为了进一步提高向日葵秸秆的利用率,开发高效环保的环境污染
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人类的生存离不开土壤和水,人体的健康也与之息息相关。但是社会发展的同时,随之带来的环境问题接踵而至。近几年,重金属污染问题引起了众多学者的关注。生物炭因为其拥有丰富的孔隙度、巨大的比表面积以及表面存在的官能团、制备原料来源广泛等优点,是应用于环境修复良好的材料。内蒙古是我国向日葵的主要种植区,长期以来作为生产副产物的向日葵秸秆资源化利用率低。为了进一步提高向日葵秸秆的利用率,开发高效环保的环境污染物修复材料,本研究以向日葵秸秆为原料,热解温度为400℃、500℃、600℃的条件下制备生物炭（BC-400、BC-500、BC-600）,并利用硝酸、磷酸二氢钾和四氧化三铁进行改性,得到改性生物炭（HBC-400、HBC-500、HBC-600、KBC-400、KBC-500、KBC-600、FBC-400、FBC-500和FBC-600）。通过对改性前后生物炭进行比表面积和孔径分析、场发射扫描电镜和EDS能谱（SEM-EDS）、X射线衍射（X-ray Powder diffractometer;XRD）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy;XPS）和红外技术的表征,结合批量吸附试验和土壤培养试验探讨不同生物炭对水体中Cd2+的吸附机理以及土壤中Cd2+的钝化效果。研究结果如下:1.由向日葵秸秆所制备的生物炭pH值、灰分以及碳含量较高,且灰分含量和pH值会随着热解温度的升高逐渐增加,而产率、碳含量和H/C原子比都呈下降趋势。高温热解所得到的生物炭比表面积和总孔体积均达到最大,平均孔径则最小。而改性后生物炭显著降低了未改性生物炭的平均孔径且增加了其芳香性,其中KBC-600的改性效果最为明显。通过表征结果的比较,筛选出BC-600、HBC-600、KBC-600和FBC-600四种生物炭进行后续试验。2.选用BC-600、HBC-600、FBC-600和KBC-600进行批量吸附实验,结果显示:pH值从2增加到6的过程中,四种生物炭对Cd2+吸附量均逐渐增加。准二级动力学方程更符合四种生物炭对Cd2+吸附。Langmuir模型对于BC和KBC两种生物炭吸附Cd2+的拟合度更高,HBC和FBC对Cd2+的吸附等温线很好的拟合了Freundlich模型。生物炭经改性后均能增强对Cd2+的吸附,吸附效果表现为KBC-600＞FBC-600＞HBC-600＞BC-600。XRD和XPS的表征结果显示,BC-600、HBC-600、FBC-600和KBC-600对Cd2+的吸附分别是由于CO32-、NO3-、氧化铁和KPO3与Cd2+之间形成沉淀。另外,生物炭中含有的官能团（C=O、C-C/C-H）以及化学键（π-π*）也起到了关键性的作用。3.通过土壤培养试验结果显示,与CK相比,除HBC-600外,BC-600、FBC-600和KBC-600的添加均能提高土壤的pH值。施加不同量的四种生物炭后,土壤中有机碳的含量显著增加,有效态镉的含量显著降低,其中,添加量为5%时效果最为明显。BCR提取实验结果显示,与CK相比,四种生物炭均能有效降低土壤中HOAC提取态Cd的含量,将其转化为较为稳定的形态。改性后生物炭对Cd的钝化效果均优于未改性生物炭,其中以KBC-600的效果最佳。
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