挺水植物基生物炭去除硫丹的效果与机理研究

发布时间：2020-09-01 11:59

　　 2016年12月,我国公布“十三五”生态环境保护规划,要求截至2020年,基本淘汰硫丹。21世纪以来,人工湿地系统广泛推广,但由于湿地植物无法及时收割带来的二次污染,造成出水不达标。本文以芦苇、美人蕉、菖蒲、茭白、再力花、芦竹等6种常见的湿地挺水植物为原料,通过慢速热解制备生物炭,通过探究其吸附特性、促水解作用、灰分和溶解性有机质作用等探究去除硫丹机理。主要研究结论如下:(1)生物炭所含灰分高于一般农产品废弃物,为10.88～31.11%。炭表面芳香类官能团丰富,孔隙部分呈碎片化,以介孔为主。(2)当pH值为5.60时,生物炭对硫丹的吸附分配系数(logKd)为1.47～11.91 mL/g,美人蕉生物炭、菖蒲生物炭及芦苇生物炭对硫丹的logKd较高。非线性系数n为0.63～0.93,对β-硫丹的n值略小,说明β-硫丹更易与炭表面发生吸附;随着硫丹的平衡浓度增加,其分配系数logK_oc减小,说明以有机质表面吸附为主。吸附常数logKd与孔径具有较明显的正相关性(P0,0.7839和P0,0.8003),但与比表面积相关性较弱(P0,0.1644和P0,0.0368),说明吸附过程并不受孔分配及扩散作用主导。此外,还涉及疏水、静电和分配作用。综合考虑吸附强度和使用寿命等因素,美人蕉生物炭、菖蒲生物炭及芦苇生物炭是去除硫丹的理想吸附剂。(3)中性条件下,因生物炭对硫丹促水解,去除率提高约16.57～72.57%。去灰后,生物炭对β-硫丹和α-硫丹的吸附能力降低(logKF为6.74～11.11 mg/kg)。但各生物炭比表面积增大(20.55～58.13 m~2/g),(O+N/C)值变小,炭表面疏水性增强;且炭表面暴露出更多的有机质,会增强疏水作用。加入上清液后,各生物炭对硫丹的吸附变化显著。(4)芦竹生物炭含有较多高分子量芳香性腐殖质,其荧光峰值朝第Ⅴ区偏移明显。综合考虑其P(Ⅲ,n)和P(Ⅴ,n)区占比、r(A,C)及生物炭所含溶解性有机碳组分,美人蕉生物炭、菖蒲生物炭及芦苇生物炭的DOM在吸附硫丹的过程中疏水作用更明显。
【学位单位】：中国环境科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703;X173
【部分图文】：

图 1-1 1994-2004 年我国硫丹的使用概况Fig.1-1 Application of endosulfan in China for 1994-2004物炭吸附剂的研究进展

技术路线图

图 2-1 野外采集的挺水植物Fig. 2-1 The emergant plants collected in the field芦竹 美人蕉 再力花

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本文编号：2809701