【摘要】：生物質(zhì)炭(biochar)是木材、畜禽糞便、秸稈等生物質(zhì)在厭氧或缺氧條件下,經(jīng)高溫裂解(700℃)產(chǎn)生的一種新型環(huán)境功能材料。因其具有較高的孔隙率、較大的比表面積(SSA)、較多的官能團等特征,因而在不同的環(huán)境領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,如:固碳減排、作物增產(chǎn)、水源凈化、重金屬吸附和土壤改良等環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域。在土壤改良領(lǐng)域,生物質(zhì)炭不僅具有保肥增效的功能,還能對土壤中的污染物進行吸附穩(wěn)定化,從而成為農(nóng)業(yè)環(huán)境保護領(lǐng)域的研究熱點之一。三嗪類除草劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有較高的水溶性、遷移性和難降解性,屬于長期殘留除草劑,可對土壤和地下水源均可造成極大的環(huán)境風(fēng)險。這類化合物進入食物鏈后,將會引起人類的癌變及先天缺陷,并能夠干擾荷爾蒙的正常功能,世界多國已經(jīng)將其列入內(nèi)分泌干擾劑名單。本論文以茶梗為原材料制備生物質(zhì)炭,以典型的三嗪類除草劑阿特拉津作為研究對象,分別考察炭化溫度、活化溫度對生物質(zhì)炭性能的影響,探討了不同生物質(zhì)炭對水和土壤中阿特拉津的吸附效果,同時通過截留實驗、控釋實驗和盆栽實驗揭示生物質(zhì)炭和活化生物質(zhì)炭對阿特拉津的長期作用效果。(1)選用廢棄茶梗為原材料通過控制炭化溫度制備生物質(zhì)炭(BCs)材料,并采用KOH作為活化劑在700℃下活化制備高SSA活性炭材料(GBCs)。對BCs和GBCs進行一系列的材料表征,包括組成成分、比表面積、表面形貌、官能團等,以了解其微觀結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性。(2)以模擬的阿特拉津污染水源作為處理對象,研究BCs和GBCs吸附特性的差異。實驗結(jié)果表明,GBCs的平衡吸附量較BCs分別提升了約50.4倍、538倍、661倍。同時,GBCs對阿特拉津的吸附半衰期也普遍縮短,其中GBC 300的半衰期較BC 300縮短了30倍,降幅度最大。因而生物質(zhì)炭活化后不僅提高了平衡吸附量和最大吸附量,同時也縮短了吸附半衰期。(3)通過等溫吸附實驗及數(shù)據(jù)擬合,探討B(tài)Cs和GBCs對阿特拉津的吸附規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),Freundlich模型對于BCs的吸附行為擬合效果較好,因而其吸附應(yīng)為多條件協(xié)同作用的結(jié)果。Langmuir模型對于GBCs的吸附行為擬合效果較好,因而其吸附為典型的單分子層吸附,且最大吸附量依次為GBC 700GBC 500GBC 300。由GBCs的比表面積變化規(guī)律可知,比表面積是決定GBCs吸附量的主要因素。(4)通過截留和控釋實驗,系統(tǒng)研究BCs和GBCs與土壤協(xié)同作用對阿特拉津遷移性能的影響,并通過盆栽實驗?zāi)MBCs和GBCs在土壤中長期持續(xù)吸附以及可持續(xù)釋放行為。截留實驗發(fā)現(xiàn),在10次除草劑淋洗后,BCs和GBCs施用組均能較好的截留阿特拉津,截留效果分別在80%和90%以上。經(jīng)過20次淋洗后,GBC 500與GBC 700施用組的截留率仍能維持90%以上,由此可知高SSA的活化生物質(zhì)炭對阿特拉津截留效果優(yōu)異并且持續(xù)性好。控釋實驗結(jié)果顯示阿特拉津能在原始土壤中快速釋放,當二次水淋洗20次時,阿特拉津的累積釋放約為85%,因而阿特拉津在原始土壤中的遷移性極強。相較而言,當土壤中施加BCs和GBCs后,阿特拉津的釋放量顯著降低,BCs施用組在經(jīng)過20次二次水淋洗后的累積釋放量約為25%~37%,而GBCs施用組中累積釋放量最高為11%(GBC 300)。由此可見GBCs對土壤中的阿特拉津具有較好的吸附固定與控釋效果。盆栽實驗證明,短期內(nèi)生物質(zhì)炭投加量與吸附效果成反比。第一種植周期,生物質(zhì)炭投加量為0.5%組的狗尾草生長量大于投加量為1%組;第二種植周期,高投加量的生物質(zhì)炭組的優(yōu)勢更加明顯。同時發(fā)現(xiàn)GBCs組在土壤中能長期、持續(xù)的發(fā)揮吸附作用,BCs組在第二種植周期中只有BC 300對狗尾草的生長表現(xiàn)出一定的抑制作用。綜上所述,本論文系統(tǒng)研究了不同條件下制備的茶梗生物質(zhì)炭對土壤中三嗪類除草劑的吸附與控釋行為,不僅為土壤中三嗪類除草劑的高效去除及可持續(xù)性利用提供了一種可行的方法,而且能為地下水安全治理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了相關(guān)的理論依據(jù)和技術(shù)支持。
【圖文】：

氯 4  二 乙 胺 基 6  異 丙 胺 基 1 ， 3 ， 5  三 嗪 。 英 文 通 用 名 為 Atrazine（2 chloro 4 ethylamino 6 isopropylamino s triazine）結(jié)構(gòu)式如圖 1 1 所示。圖1 1 阿特拉津結(jié)構(gòu)式

圖 3 1 茶梗及茶梗生物質(zhì)炭以及茶�；罨镔|(zhì)炭生物質(zhì)炭的制備完成的樣品 BC 300、BC 500、BC 700 取出，置于剛玉舟合，炭堿比為 1:2，，在 N2氛圍下活化，活化溫度為 700 ℃化后的樣品用 1 mol·L-1鹽酸進行酸洗浸泡 4 h 后，用砂芯純水沖洗至濾液呈中性，置于烘箱中 50 ℃烘干 48 h。研磨備用。活化生物質(zhì)炭（GBCs），命名為 GBC 300、GBC 500及活化生物質(zhì)炭的制備流程如圖 3 2 所示。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ424;X53

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本文編號：2690471