不同作物原料生物質(zhì)炭對(duì)多環(huán)芳烴芘的吸附特性及其改性研究.pdf

1、多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是一類(lèi)持久性有機(jī)污染物，廣泛分布于水體、土壤等環(huán)境中，因其具有致癌、致畸和致突變作用，可通過(guò)土壤-植物系統(tǒng)危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。因此，多環(huán)芳烴的污染治理成為大家關(guān)注的問(wèn)題。作物秸稈限氧熱裂解制備的生物質(zhì)炭具有良好的吸附特性，且成本相對(duì)較低，可作為較理想的環(huán)境友好型修復(fù)材料。但生物質(zhì)炭的吸附能力受熱裂解原料來(lái)源的影響很大，不同作物原料的生物質(zhì)炭在孔性大

2、小、比表面積以及表面官能團(tuán)等方面均有較大的差異。因此，本文采用三種作物原料（小麥秸稈、玉米秸稈和花生殼）制備的生物質(zhì)炭、其改性產(chǎn)物以及用生物質(zhì)炭制備的凝膠顆粒，比較其對(duì)多環(huán)芳烴（以芘為例）的吸附特性，以期為有機(jī)污染物修復(fù)尋求一種經(jīng)濟(jì)有效的新型措施和方法，同時(shí)也為秸稈的合理開(kāi)發(fā)和循環(huán)利用開(kāi)辟新的途徑。取得的主要結(jié)果如下:
　　1.通過(guò)控制芘的吸附時(shí)間、芘溶液的初始質(zhì)量濃度和生物質(zhì)炭投加量，研究不同原料生物質(zhì)炭對(duì)芘的吸附性能，并比較三

3、者的解吸率。結(jié)果表明:三種生物質(zhì)炭對(duì)芘的吸附經(jīng)約12h達(dá)到平衡，吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程符合Lagergren準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型;等溫吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程擬合，但前者擬合程度較好;小麥秸稈炭、玉米秸稈炭、和花生殼炭在25℃下對(duì)芘的飽和吸附量分別為714μg·g-1、1667μg·g-1和370μg·g-1;在生物質(zhì)炭投加量為500mg·L-1時(shí)，三種生物質(zhì)炭對(duì)芘的去除率均在90％以上;將達(dá)吸附平衡后的生物質(zhì)炭

4、進(jìn)行連續(xù)6d的解吸，發(fā)現(xiàn)三種生物質(zhì)炭對(duì)芘的解吸率均在7％以下。
　　2.通過(guò)氨水改性三種作物來(lái)源生物質(zhì)炭，研究改性生物質(zhì)炭對(duì)溶液芘的吸附動(dòng)力學(xué)和等溫吸附特征。結(jié)果表明，改性生物質(zhì)炭提高了對(duì)芘的吸附能力，小麥秸稈炭、玉米秸稈炭和花生殼炭的飽和吸附量分別達(dá)909μg·g-1、1754μg·g-1和476μg·g-1。芘在改性生物質(zhì)炭上的吸附過(guò)程也可用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合，表明吸附過(guò)程主要由化學(xué)吸附控制，并且反應(yīng)由快反應(yīng)階段控制。小麥秸

5、稈炭、玉米秸稈炭和花生殼炭改性后的平衡吸附量分別提高了38.5％、13.92％和12.85％。Langmuir和Freundlich等溫線(xiàn)模型均可擬合芘在生物質(zhì)炭表面的吸附行為。
　　3.將三種生物質(zhì)炭分別包埋于海藻酸鈉制備成凝膠顆粒，研究其對(duì)溶液芘的吸附特征;并通過(guò)填充柱研究了生物質(zhì)炭凝膠顆粒對(duì)溶液芘和廢水的動(dòng)態(tài)吸附特征。結(jié)果表明，三種生物質(zhì)炭凝膠顆粒對(duì)溶液芘的吸附約經(jīng)12h達(dá)到平衡，吸附過(guò)程均可用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合。Langmu

6、ir方程擬合生物質(zhì)炭凝膠顆粒對(duì)芘的等溫吸附程度較Freundlich方程好。玉米秸稈炭制備的凝膠顆粒對(duì)溶液芘的飽和吸附量達(dá)80μg·g-1，分別高于小麥秸稈炭和花生殼炭凝膠顆粒56％和179％，而且玉米秸稈炭和小麥秸稈炭凝膠顆粒投加量大于0.75g·L-1時(shí)，對(duì)芘的去除率均高于80％。三種生物質(zhì)炭凝膠顆粒連續(xù)6d內(nèi)對(duì)芘的解吸率均低于5％。因此，運(yùn)用凝膠顆粒制備的填充柱對(duì)溶液芘具有較好的動(dòng)態(tài)吸附能力。
　　綜上所述，玉米秸稈熱裂解生