【摘 要】
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棉花秸秆是农业生产中重要的副产品,是一项重要的生物质资源。传统棉花秸秆的处理方法主要有直接还田、露天焚烧等,存在着资源利用率较低的问题,急需将秸秆转换成高附加值产品,实现变废为宝。将棉花秸秆转变为生物质炭是一项重要资源化利用途径。然而,传统生物质炭的制备过程存在成本高、污染大、选择性低等问题,限制了其应用。对此,本论文通过简单的微生物发酵降解棉花秸秆,并结合水热碳化法（HTC）制备了高附加值的磷酸
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棉花秸秆是农业生产中重要的副产品,是一项重要的生物质资源。传统棉花秸秆的处理方法主要有直接还田、露天焚烧等,存在着资源利用率较低的问题,急需将秸秆转换成高附加值产品,实现变废为宝。将棉花秸秆转变为生物质炭是一项重要资源化利用途径。然而,传统生物质炭的制备过程存在成本高、污染大、选择性低等问题,限制了其应用。对此,本论文通过简单的微生物发酵降解棉花秸秆,并结合水热碳化法（HTC）制备了高附加值的磷酸钙功能化棉秆生物质炭（CSB）和棉子壳生物质炭（CHB）,实现铀的高效富集分离。本论文探究了发酵、掺杂对棉花秸秆的元素、形貌以及官能团的影响;并针对含铀废液,研究了生物质炭对铀的富集分离能力,进一步探讨了生物质炭对铀富集分离的机理。主要结论如下:（1）通过秸秆微生物堆肥发酵作为一种高效的生物质预处理策略,提高CSB对U（Ⅵ）的吸附性能。采用微生物堆肥发酵、水热碳化的方法,制备了磷酸钙功能化CSB。结果表明,棉花秸秆经过堆肥发酵,钙含量由4.94 mg·g-1增加到23.40 mg·g-1,磷酸钙功能化CSB对U（Ⅵ）的吸附能力可以达到528.8 mg·g-1（是未经发酵处理CB的近3倍）。磷酸钙功能化CSB对U（Ⅵ）的吸附等温线符合Langmuir模型,吸附动力学符合拟二级动力学模型。与未经发酵前处理的生物质炭相比,微生物发酵预处理促进了水热CSB上磷酸钙的形成,微生物堆肥发酵法制备的磷酸钙功能化CSB对U（Ⅵ）的吸附具有选择性好、吸附率高的优势。（2）采用在微生物堆肥发酵过程中引入外源钙盐的方法,高效制备了磷酸钙功能化CHB。结果证实,由于微生物发酵诱导钙捕获到棉子壳中,更多的磷酸基团通过水热碳化固定在棉子壳生物质炭表面。经过微生物发酵的磷酸钙功能化CHB对U（Ⅵ）有超强的富集分离能力(952.7 mg·g-1),是未发酵磷酸钙功能化CHB的3倍以上(283.1mg·g-1),且发酵的CHB在5 min内即可达到吸附平衡。进一步机理研究表明,磷酸钙功能化CHB对U（Ⅵ）的吸附主要受离子交换和表面络合控制。综上所述,本论文通过简单的微生物堆肥发酵前处理方法,高效制备了磷酸钙功能化的棉花秸秆生物质炭,使棉花秸秆变废为宝,实现了棉花秸秆生物质炭对含铀废水的高效富集分离。该制备方法有望进一步推广到类似生物质炭的制备研究工作,实现秸秆资源的综合利用。
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