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摘 要

：以玉米秸秆生物炭为原材料，分别在300℃、500℃和700℃的三个温度下,利用开启式管式炉无氧热解了三种生物炭，并研究了这三种生物炭的理化性质。在700℃下制备得到的生物炭比表面积更大，有更高的芳构化程度和更大的孔隙。重金属离子Cr³ 对于三种生物炭有着不同的吸附效果,伴随着吸附温度越高，越有利于Cr³ 在生物炭表面的吸附。BC700对Cr³ 的吸附量大于BC300 ,吸附效果明显更好。吸附时间达到一定值后保持稳定不再增长。随着添加生物炭的增加，玉米秸秆生物炭的吸附量下降，而吸附率上升。因此大量的农业废弃物制成的生物炭可以用在修复治理重金属Cr³ 污染，对于环境有很大的净化作用。

关键词：玉米秸秆；生物炭；热解；吸附；Cr³

Abstract : Three biochars (BC300, BC500 and BC700) were prepared from corn straw as raw materials at the pyrolysis temperatures of 300°C, 500°C and 700°C respectively, and their physicochemical properties were characterized. The biochar prepared at 700°C has a higher degree of aromatization, a stronger hydrophobicity, a larger specific surface area, and a more complete pore structure. The adsorption of Cr³ on three kinds of biochar was studied. It was found that the adsorption of Cr³ on biochar surface was facilitated with the increase of adsorption temperature. The adsorption capacity of BC700 to Cr³ was greater than that of BC300, and the desorption rate was far less than that of BC300, and the adsorption effect is better. When the adsorption time reaches a certain value, it remains stable and no longer grows. With the increase of biochar addition, the adsorption capacity of corn straw biochar decreased and the adsorption rate increased. Therefore, a large amount of biochar made from waste materials can be used to repair and control heavy metal Cr³ pollution, which has great purifying effect on the environment.

Key words: corn straw; biochar; pyrolysis; adsorption; Cr³

目录

1 绪论 4

1.1 水体重金属污染现状 4

1.2 水体重金属污染的危害 5

1.3 水体中的重金属污染修复方法 5

1.4 生物炭和生物炭对重金属离子的吸附研究现状 5

1.5 铬的危害和治理 6

2玉米秸秆生物炭对铬的吸附性能 8

2.1 什么是生物炭 8

2.2 实验材料与仪器 8

2.4 玉米秸秆生物炭的制备 9

2.5 生物炭的性质分析 9

2.6 重金属离子Cr³ 的吸附 9

3 结果与讨论 10

3.1 生物炭的理化性质 10

3.2 生物炭电镜分析 10

3.3 生物炭添加量对玉米秸秆生物炭吸附Cr3 性能的影响 12

3.4 吸附时间对玉米秸秆生物炭吸附Cr3 性能的影响 13

3.5 吸附温度对玉米秸秆生物炭吸附Cr3 性能的影响 15

3.6 热解温度对于玉米秸秆生物炭吸附Cr3 性能 16

4 结论 17

5 参考文献 18

6 致谢 20

1 绪论

1.1 水体重金属污染现状

广义上的重金属的定义是指的是原子质量在63.5和200.6之间的，包括铜、锌、钴、铅、铬、镉等。人们可以通过金属加工和冶炼等使大多数的金属得到利用，从而满足人类社会发展的需要。随着全球经济的快速增长，每个国家的城市化、工业化都在不断快速发展，大气沉降、农药与化肥施用、固废填埋渗漏、污水灌溉、金属矿藏开采和冶炼等，每个国家都面大小程度不同的环境问题而且而且一天比一天严重，其中包括了环境污染和生态破坏，甚至出现了全球气候变暖、水平面上升、温室效应、水体污染和土壤污染等比较大范围的和全球性的环境危机，都在慢慢地威胁着地球上人类。工业生产、城市垃圾的处理、矿山开采、污水灌溉以及农药和化肥的不合理施用等工业和人类大规模活动使得大量重金属进入环境，导致我们的生活环境一定程度上受到重金属污染^[1]。重金属污染一天一天的危害着人们的生活，因重金属污染而导致的人类和家畜以及动物致病事件频发，重金属污染以及修复已成为科学界关注的焦点问题^[2,3]。重金属在环境中的界面过程、生物有效性和修复原理等已成为环境领域研究的热点和难点。

目前，全世界各国各地每年的工农业化的活动都会产生数量极大的重金属废物，其中包括340万吨Cu，1.5万吨Hg，500万吨Pb，100万吨Ni，如此数量庞大的重金属废物排放到环境中，一定会引起自然水体及土壤环境的极大负荷^[4]。世界上一小半的耕地都被重金属离子污染过，全国每年各地重金属含量超标粮食多达1200万吨，受重金属的污染而减产的粮食约为1000多万吨，两者的直接经济损失相加至少200亿元^[5]。

在中国，重工业发展越好的地区污染越严重，排出的污染物更多。我们常说的水体重金属污染大多数指的是大量大型工业企业排放超标的含有重金属离子的污水,然后在进人外界水流时，破坏了环境的平衡，还有一个来源就是人们生活中常见的电池废弃乱丢造成的污染。这些虽然看上去并没有什么大碍，但是长久以来就会对人的身体造成不可磨灭的伤害。

重金属污染主要依赖水体来传递下去，被污染的重金属离子水体来源主要是工业部门。工业能源又是石油和煤炭，在加工的工业生产和运输过程中也会产生大量重金属污染；而在农业活动中，为了治虫害和施肥的化肥造成的污染渗透于水体和土壤，此外，在城镇中，城市污水产生污泥的堆放和汽油、柴油的使用等，都会对环境造成重金属污染^[6]。

1.2 水体重金属污染的危害

重金属污染有着独特的特征，常常微量就能产生毒性效应。如汞只需要在0.001~0.01mg/L范围内就有毒。生物富集和生物放大特征会让被污染的物质一步一步通过食物链传递给人类。由于重金属产生生物毒性效应的浓度较低，不容易被察觉和发现，只有真正影响到生产和生活，才会引起人们的关注^[7]。更严重的事，经过食物链一层一层的叠加，会使得对人体的伤害更大而且不容易被发现得病还很难医治，而且某些重金属会导致畸形、癌变、突变，因此重金属污染成为环境研究的热点潮流，而如何有效地更好地治理和解决重金属污染不仅仅是专业学者所关心的学术问题，更应该是全人类都需要共同关注的环境问题。

1.3 水体中的重金属污染修复方法

根据不同的重金属污染可以分为三类：物理化学法、化学法以及生物修复法。

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