生物炭及其改性材料对铅的吸附研究

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1、分类号:X510710-2015129078硕士学位论文生物炭及其改性材料对铅的吸附研究高超群导师姓名职称易秀教授姜凌副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称环境工程论文提交日期2018年4月25日论文答辩日期2018年6月4日学位授予单位长安大学StudyonadsorptionofleadbybiocharanditsmodifiedmaterialsAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GaoChaoqunSupervisor：Prof.YiXiu;Prof.JiangLingChang’an

2、University,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时

3、，署名单位仍然为长安大学。（涉密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年月日导师签名：年月摘要生物炭是一种将木材、秸秆、动物粪便等生物质原料，在部分或者完全缺氧的条件下，通过高温热解生成的一类较稳定的、孔隙丰富的生物材料。由于生物炭含有比较丰富的酸性含氧官能团、发达的孔隙结构，对重金属等污染物有吸附作用，同时对土壤改良也有显著的效果。本文以猕猴桃树枝为原料，制备了不同热解温度条件下的生物炭，并对其进行了酸碱两步改性和壳聚糖改性。利用冷场扫描电镜、傅里叶红外光谱以及X射线衍射对制备的生物炭材料进行表征分析。研究了溶液不同pH值、不同生物炭投加2+量以

4、及吸附时间对吸附效果的影响，探讨了生物炭对溶液中Pb的吸附动力学和吸附等温线。并通过土壤培养实验研究了生物炭材料对土壤pH以及土壤中有效态铅的影响。主要得出以下结论：（1）原状生物炭的产率与热解温度呈负相关，生物炭的灰分和pH与热解温度显著2+正相关，生物炭的pH和灰分含量存在着显著的正相关关系。生物炭对溶液中Pb的吸2+附能力与热解温度呈正相关，热解温度从250℃上升到750℃，生物炭对Pb的吸附容-1-12+量从88.24mg·g升高到150.24mg·g，对溶液中Pb的去除率从44.12%提高到75.12%。（2）经酸碱两步改性的生物炭表面更加

5、光滑，灰分含量少，生物炭骨架有塌陷、断裂的情况出现。而壳聚糖改性的生物炭并未看到明显的孔隙结构，呈现出比较密实的团状结构。两种方法改性的生物炭羟基和羧基数量有所增加。3种生物炭的XRD图谱均表现出非晶结构，改性后生物炭的结晶程度均增强，经壳聚糖改性后，出现了壳聚糖的衍射峰。（3）原状猕猴桃树枝生物炭、酸碱两步改性生物炭和壳聚糖改性生物炭在pH值为2+2～6的范围内，对溶液中Pb的吸附量随着pH值的升高而增多，壳聚糖改性生物炭对2+溶液pH变化幅度不大。生物炭对溶液中Pb的去除率随着投加量的增多而增多，但是吸附量却随着投加量的增多而减小。2+2（4）3

6、种生物炭对溶液中Pb的吸附符合拟二级动力学方程，Radj分别为0.9924、0.9968、0.9942，其吸附过程可分为膜扩散和颗粒内扩散过程两个阶段。生物炭对溶液2+2中Pb的吸附规律符合Freundlich等温吸附模型，Radj分别为0.9980、0.9908、0.9904。2+（5）与原状生物炭相比，酸碱两步改性生物炭和壳聚糖改性生物炭对Pb的吸附量分别提高了19.57%和8.37%。（6）未改性的生物炭和酸碱两步改性生物炭3种比例（0.5%、1.0%和5.0%）的添II加均可提高土壤的pH值；壳聚糖改性生物炭3种比例的添加均导致pH值降低。3

7、种生2+物炭3种比例的添加均可减少土壤中效态Pb的含量，且其减少率在75%以上。关键词：生物炭，改性，铅，水体，土壤IIIAbstractBiocharisagroupofcarbonrichporousmaterialproducedbywood,straw,livestockmanurethroughthermaldecompositioninaclosedsystemunderpartialorcompleteanoxicconditions.Becauseofthesurfaceoxygen-containingfunctionalgroup

8、sanddevelopedporestructureofbiochar,ithasawelladsorpti