土壤重金屬污染具有隱蔽性、累積性和不可逆性等特點。它不僅對土壤的理化性質和植物生長產(chǎn)生不良影響,影響生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能,而且可遷移轉化富集到植物體內,影響植物的產(chǎn)量和質量,最終通過食物鏈影響人類的健康。所以,重金屬污染土壤的修復已經(jīng)引起了國內外的廣泛關注。近年來,由于生物炭獨特的結構使其具有良好的吸附性能,將生物炭作為一種土壤改良劑施用于土壤中,不僅減緩了溫室氣體排放,而且在改良土壤性質和固定化修復重金屬污染土壤等方面展現(xiàn)出了巨大潛力。因此,生物炭有望成為環(huán)境友好的固定化修復試劑之一。本文首先采用批平衡吸附實驗,考察了不同影響因素對生物炭、黃土及加炭黃土吸附Cu(Ⅱ)的影響,采用動力學方程、吸附等溫方程和熱力學方程深入探討了Cu(Ⅱ)在生物炭、黃土及加炭黃土上的吸附動力學和熱力學特點。其次采用批次平衡解吸實驗,研究了添加生物炭對模擬污染黃土中重金屬離子(Cu2+)解吸作用的影響,考察污染黃土中重金屬Cu2+的解吸動力學和熱力學特點。最后采用批次平衡吸附實驗,研究黃土中主要成分有機質(腐植酸)和粘土礦物(伊利石)-生物炭-水體系下重金屬Cu的吸附作用,考察了在有機質(腐植酸)和粘土礦物(伊利石)共存條件下,生物炭吸附Cu(Ⅱ)的等溫吸附和熱力學特點。本文結果可為生物炭固定化修復重金屬污染土壤提供一定的理論基礎。通過論文研究,主要得到以下結論:(1)考察了溶液初始pH值、吸附時間、重金屬初始濃度、溫度和無機鹽Ca2+濃度對生物炭、黃土及加炭黃土吸附Cu(Ⅱ)的影響。結果表明,生物炭對Cu(Ⅱ)的吸附在4h時基本達到平衡,而黃土及加炭黃土對Cu(Ⅱ)的平衡時間為10 h。生物炭、黃土及加炭黃土對Cu(Ⅱ)的吸附動力學曲線符合準二級動力學方程。溶液p H值對生物炭、黃土及加炭黃土吸附Cu(Ⅱ)的影響比較顯著,吸附量均隨著溶液p H值的升高而逐漸升高。隨著重金屬初始濃度的增大,生物炭、黃土及加炭黃土對Cu(Ⅱ)的吸附量也逐漸增大。當初始濃度為50-300 mg·L-1時,黃土對Cu(Ⅱ)的吸附量大于生物炭的吸附量,當初始濃度達到400 mg·L-1時,更利于生物炭對Cu(Ⅱ)的吸附。在25℃下,生物炭和加炭黃土對Cu(Ⅱ)的等溫吸附符合Langmuir模型,而黃土對Cu(Ⅱ)的等溫吸附可以用Freundlich方程來描述。生物炭、黃土及加炭黃土對Cu(Ⅱ)的吸附是自發(fā)的吸熱過程,吸附量都是隨著溫度的升高而逐漸增大,升高溫度可以促進三者對Cu(Ⅱ)的吸附進程。一定濃度的無機鹽Ca2+對生物炭、黃土及加炭黃土的吸附能力影響不大。(2)研究了添加生物炭對模擬污染黃土中重金屬離子(Cu2+)解吸作用的影響。結果表明,Cu(Ⅱ)的解吸動力學均符合準二級動力學模型。當溶液p H值3.5時,Cu(Ⅱ)在黃土體系下的解吸率顯著提高;當溶液p H值4.0時,Cu(Ⅱ)在加炭黃土體系下的解吸率明顯增大。隨著溫度的升高(25-40℃),Cu(Ⅱ)在黃土上的解吸率逐漸增加,而Cu(Ⅱ)在加炭黃土體系下的解吸率變化趨勢不明顯。Cu(Ⅱ)在黃土及加炭黃土體系下的解吸率隨著初始污染濃度的增加而逐漸減小。Cu(Ⅱ)的解吸率隨著無機鹽Ca2+濃度的增加沒有明顯變化。(3)研究了黃土中主要成分腐植酸和伊利石-生物炭-水體系下重金屬Cu的吸附作用。結果表明,Cu(Ⅱ)的吸附量均受溶液p H值的顯著影響,生物炭對Cu(Ⅱ)的吸附量均隨著溶液p H值的增大而增加,而生物炭+腐植酸和生物炭+伊利石體系對Cu(Ⅱ)的吸附量隨p H值的增大先逐漸增加后趨于平衡。Cu(Ⅱ)的吸附量均隨著初始濃度的增大而逐漸增加,生物炭對Cu(Ⅱ)的吸附等溫線均符合Langmuir模型,而生物炭+腐植酸和生物炭+伊利石體系對Cu(Ⅱ)的吸附等溫線均符合Freundlich模型。Cu(Ⅱ)的吸附量均隨溫度的升高而逐漸增加,說明在該實驗條件下,升高溫度有助于吸附過程的進行,生物炭、生物炭+腐植酸和生物炭+伊利石體系對Cu(Ⅱ)的吸附是一個自發(fā)的吸熱過程。
【學位單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：X53;X52;O647.3
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 土壤重金屬污染
        1.1.1 來源及現(xiàn)狀
        1.1.2 特點
        1.1.3 修復技術
    1.2 生物炭修復重金屬污染土壤的研究
        1.2.1 生物炭的性質
        1.2.2 生物炭修復重金屬污染的研究進展
    1.3 研究背景和課題意義
    1.4 論文研究內容和目的
        1.4.1 研究內容
        1.4.2 研究目的
2 重金屬Cu（Ⅱ）在生物炭-黃土-水體系下的吸附作用
    2.1 引言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 試劑及儀器
        2.2.2 供試土壤
        2.2.3 生物炭的制備
        2.2.4 實驗設計
        2.2.5 分析方法
    2.3 結果與討論
        2.3.1 胡麻秸稈生物炭
        2.3.2 油菜秸稈生物炭
        2.3.3 兩種生物炭的比較討論
    2.4 小結
3 生物炭對模擬污染黃土中重金屬Cu（Ⅱ）的解吸作用的影響
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 試劑與儀器
        3.2.2 污染土壤的制備
        3.2.3 實驗設計
        3.2.4 分析方法
    3.3 結果與討論
        3.3.1 時間
        3.3.2 初始pH值
        3.3.3 溫度
        3.3.4 初始濃度
2+'>        3.3.5 無機鹽Ca2+

    3.4 小結
4 黃土主要組分-生物炭-水體系下重金屬Cu（Ⅱ）的吸附作用
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 試劑與儀器
        4.2.2 實驗設計
        4.2.3 分析測試與計算
    4.3 結果與討論
        4.3.1 腐植酸
        4.3.2 伊利石
    4.4 小結
5 結論及展望
    5.1 結論
    5.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀學位期間的研究成果

【參考文獻】

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1 馬明廣;周敏;蔣煜峰;吳應琴;張媛;陳慧;;不溶性腐殖酸對重金屬離子的吸附研究[J];安全與環(huán)境學報;2006年03期

本文編號：2868957

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