【摘要】：重金屬鎘已經成為了中國土壤重金屬污染的首要污染物。使用生物炭作為重金屬化學鈍化劑的方法可以降低可吸收態(tài)及交換態(tài)的重金屬含量來對污染土壤進行原位修復,在經濟和環(huán)保上的巨大優(yōu)勢。本文以毛竹為原料,使用磷酸鹽和磷酸對其進行富磷改性實驗后,在自制的固定床熱解制炭裝置上進行了改性生物炭的制備實驗,對所得改性生物炭進行了元素分析、比表面積與孔隙結構分析、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)和環(huán)境掃描電子顯微鏡及能譜儀(ESEM-EDX)等測試。對不同條件下制備的改性生物炭進行了對重金屬鎘的吸附實驗,根據(jù)吸附容量優(yōu)選出吸附效果較好的改性生物炭,并研究相應的吸附特性,并結合固體產率、孔隙結構分布以及改性生物炭的表面化學特性,對富磷改性毛竹生物炭對重金屬離子的固定機制進行了探究。主要研究結果如下:(1)使用三種磷酸鹽(磷酸鉀、磷酸二氫鉀和磷酸氫二銨)和磷酸對毛竹生物質進行改性并熱解制炭,制備出了不同浸漬劑種類、不同浸漬比和不同熱解終溫條件下的改性生物炭。對它們和毛竹原料生物炭的孔隙結構、pH值、炭產率和對鎘離子的吸附量進行了研究,結果表明相較于未改性生物炭,四種浸漬劑改性得到的改性炭孔隙結構均得到明顯改善,同時不同改性生物炭中,磷酸鉀改性生物炭的pH值最高。而熱解終溫越低、浸漬比越低,得到的生物炭的炭產率越高。此外還發(fā)現(xiàn),相較于原料生物炭和其他三種浸漬劑改性得到的生物炭,磷酸鉀改性生物炭的吸附量得到了顯著和最大的提升;對于磷酸鉀改性的生物炭,其在浸漬比為2:1,熱解終溫為550℃的條件下制得的生物炭1-TKP-BC550具有最大的吸附量,達到238.71mg·g~(-1),為毛竹原料生物炭吸附量的10倍,商業(yè)活性炭吸附量(58.18mg·g~(-1))的4倍。(2)在磷酸鉀改性生物炭對Cd~(2+)的吸附特性研究中,由吸附動力學研究結果知,對磷酸鉀改性生物炭來說,準一級動力學模型擬合結果最好,其對重金屬的吸附過程在吸附5h后達到表觀平衡狀態(tài);由等溫吸附實驗結果可知,Langmuir模型擬合結果較好,2-TKP-BC550(252.73mg·g~(-1))和2-TKP-BC750(249.79mg·g~(-1))對Cd~(2+)的最大吸附量為毛竹原料生物炭最大吸附量(25.67mg·g~(-1))的10倍;由不同pH對磷酸鉀改性炭吸附重金屬Cd~(2+)的影響實驗結果知,磷酸鉀生物炭2-TKP-BC750在pH值為4時吸附量最大,為271.77 mg·g~(-1),控制pH值為4-6,磷酸鉀改性生物炭的去除率均在70%以上。由FTIR與XRD對不同改性生物炭吸附重金屬前后的表面分析可知,磷酸根基團參與到重金屬吸附過程,之后保留在改性生物炭表面,而改性生物炭的含磷組分對重金屬進行了化學吸附,Cd~(2+)結合溶液中的K~+、Cl~-、PO_4~(3-)、CO_3~2-形成不溶于水的絡合物,由ESEM對不同改性生物炭吸附重金屬前后的表面分析可知,吸附重金屬鎘后,改性生物炭表面出現(xiàn)含C、O、Si、P、Cd、K等元素的明顯沉淀。因此,磷酸鉀改性炭具有優(yōu)異重金屬吸附能力可能是由于磷酸鉀富磷改性引入的含磷基團參與到重金屬化學吸附過程中,和重金屬發(fā)生沉淀或絡合作用,生成難溶的磷酸鹽。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X52
【圖文】：

研究路線圖

未改性毛竹生物炭（BC750）吸附Cd2+前后表面形態(tài)（左圖為吸附前，中圖為吸附后）右圖為中圖對應EDX結果圖）

【參考文獻】

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本文編號：2742120