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摘 要

生物质炭以其特殊的结构性质及其在环境治理中的应用潜力，越来越受到研究者的重视。本文以用NaON和HNO₃为改性剂对花生壳、生物污泥及猪粪制备的三种生物质炭（分别记为炭P、炭B和炭M）为进行改性处理，研究三种生物质炭及其经酸碱改性处理后对重金属离子Cu² 和Zn² 的吸附等温线及吸附动力学。实验结果如下：

（1）生物炭B的改性效果较好，碱改性炭B和酸改性炭B对Cu² 的最大吸附量分别约为未改性炭B的4倍和2倍，但酸碱改性的炭B对Zn² 的吸附效果不理想，其吸附量并没有增加。另外酸、碱改性炭M对Zn² 的最大吸附量分别约为未改性炭M吸附量的1.5和1.3倍，但它们对Cu² 的吸附量没有明显增加。炭P的酸碱改性都没有增加其对Cu² 和Zn² 的吸附量。

（2）改性和未改性的几种生物质炭对Cu² 和Zn² 的吸附过程，用准二级动力学方程拟合要明显优于准一级动力学方程，说明吸附过程受物理扩散和化学吸附影响。改性和未改性的几种生物质炭对Cu² 和Zn² 的吸附等温线用Langmuir方程描述要优于Freundlich方程。

关键词：生物质炭 改性 吸附 重金属

ABSTRACT

Much attention has been paid to biochar, because of its unique structure and its potential applications in environmental governance. In this paper, biochar made from peanut shell (P), bio-sludge (B), and manure (M) were chemical modified by using NaOH and HNO₃. The adsorption performance of Cu (II) and Zn (II) from aqueous solution using the three biochars and their products obtained after NaOH or HNO₃ treating were investigated. The experimental results were as follows:

(1) The maximum adsorption amount of Cu (II) by NaOH or HNO₃ modified char B was about 4 or twice times than char B. However, the adsorption of Zn (II) by NaOH or HNO₃ modified char B did not increase, compared with untreated char B. The maximum adsorption amount of Zn (II) by NaOH or HNO₃ modified char M was about 1.5 and 1.3 times than unmodified char M, but the adsorption of Zn (II) with acid and alkali modified mix char did not increase. The adsorption of Cu (II) and Zn (II) by NaOH or HNO₃ modified char P did not increase, compared to unmodified char P.

(2) The adsorption kinetics of Cu (II) and Zn (II) by nine absorbents could be well described with pseudo-second-order equation and the isotherms were well fitted with Langmuir equation.

Key words: biochar; modification; adsorption; heavy metal

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

引言 1

1.1水中重金属污染现状及铜、锌的危害 1

1.2 处理水体重金属污染的方法 3

1.2.1 化学沉淀法 3

1.2.2 物理化学法 5

1.2.3 生物处理法 6

1.3 生物质炭及其对水中重金属去除的研究现状 6

1.3.1 生物质炭的概念、分类和性质 6

1.3.2 生物质炭的应用 7

1.3.3 生物质炭对水中重金属的吸附 8

1.3.4 生物质炭吸附水中重金属的影响因素 8

1.4 研究的内容和意义 9

1.4.1 研究的主要内容 9

1.4.2 研究的目的和意义 10

第2章 实验内容和方法 11

2.1 实验试剂和仪器 11

2.1.1实验试剂 11

2.1.2 实验仪器 11

2.2 实验方法 11

2.2.1 生物质炭的制备 11

2.2.2 不同条件下的吸附实验 14

2.3 分析方法 14

2.3.1 吸附率和吸附量 14

2.3.2 吸附动力学模型 15

2.3.3 吸附等温模型 15

第三章 实验结果与讨论 17

3.1 生物质炭对Cu² ,Zn² 吸附等温实验 17

3.1.1 三种未改性炭对Cu² ,Zn² 吸附等温线 17

3.1.2 三种碱改性炭对Cu² ,Zn² 的吸附等温 20

3.1.3 三种酸改性炭对Cu² ,Zn² 的吸附等温 22

3.1.4 未改性、碱改性和酸改性生物质炭的吸附效果比较 24

3.2生物质炭对Cu² ,Zn² 吸附动力学实验 26

3.2.1 三种未改性炭对Cu² 、Zn² 吸附动力学 26

3.2.2 三种碱改性炭对Cu² 、Zn² 吸附动力学 28

3.2.3 三种酸改性炭对Cu² 、Zn² 吸附动力学 31

第四章 结论 34

参考文献 35

致谢 37

第一章 绪论

引言

水乃生命之源，是自然界一切生命体存在的基础，是地球上存在生命的关键，人类的生产生活同样也离不开水。然而，随着人类文明的发展和快速工业化的过程，导致水环境污染更加严重，而水体重金属污染尤其突出。由于重金属在生物体中很难被降解，常常会通过食物链而富集，给环境安全和人类健康带来严重的威胁危害^[1]。目前虽然有很多学者对水体重金属污染的研进行，也有很多治理重金属污染的方法，但这些方法中大多都是成本高、效率较低及可能产生二次污染，而绿色安全高效的方法相对较少。因此，亟需研究开发成本低、效率高的环境友好材料，作为吸附剂应用于水体中重金属的治理，生物质炭技术的兴起为之提供了可能^[2]。

生物质炭是指生物质在缺氧或少氧的情况下，经过高温分解和炭化作用而获得的固体物质。生物质炭以高度富含碳为主要标志，组成包括氧、氢、氮和微量矿质元素。生物质炭表面含有大量含氧官能团如羧基、酚羟基、羰基、内酯基等，同时生物质炭具有较大的比表面积及发达的孔隙结构。这样的结构特征导致生物质炭对有机物、重金属阳离子等均有较强的吸附能力，在土壤改良/修复和废水治理等方面均具有广阔的发展空间^{[3]- [6]}。本文采用农林废物制备而成的生物质炭，研究其在相应的条件下对水中重金属的去除规律，为生物质炭的广泛应用提供一些基础。

1.1水中重金属污染现状及铜、锌的危害

水中重金属污染指含有汞、镉、铬、铅及砷等生物毒性显著的重金属元素或其化合物含量超过水环境中的本底值，造成在生物体内蓄积，从而危害水体环境造成的污染。重金属一般以天然浓度广泛存在与自然水体中，但由于人类生产活动造成大量的重金属元素进入水体：包括汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和类金属砷（As）等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、镍（Ni）等元素。水中重金属可通过生物富集进入水产品中，进而威胁人类健康。重金属的形态也会对重金属的生物有效性产生重要影响^[2]。

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