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摘 要

以玉米秸秆作为原材料，分别在300℃、500℃和700℃的条件下，氮气保护的无氧管式焚烧炉中制备生物炭，研究不同吸附温度、不同时间和不同添加量下生物炭对Cd^2＋的吸附效果。本文结果表明，在生物质碳添加量升高和热解温度的升高时，水中的Cd^2＋残余量变少，Cd^2＋的去除率逐渐增强。这表明迁移性和生物毒性降低，其生态风险性亦相应降低。

关键词：生物炭；玉米秸秆；镉离子；重金属；吸附

Abstract：In this paper, using corn straw as raw material, biochar was prepared in nitrogen protected anaerobic tube incinerator at 300℃，500℃and 700℃, respectively. The adsorption effect of biochar on Cd was studied at different adsorption temperature, different time and different amount of addition. Our results showed that the Cd content in water decreased with the increase of biomass carbon content and pyrolysis temperature, that is, the removal rate of Cd increased gradually. This indicated that the migration and biotoxicity were also reduced, and the ecological risk was also decreased.

Keywords：biochar；maize straw；Cd^2＋；heavy metal；adsorption

目录

1绪论 3

1.1重金属污染状况 3

1.2重金属污染修复技术 3

1.2.1 水体重金属污染修复 3

1.2.2土壤重金属污染修复 3

1.3 重金属污染危害 3

1.4生物炭 4

1.4.1生物炭的定义 4

1.4.2生物炭的分类 4

1.4.3生物炭的制备 4

1.4.4生物炭的性质 5

1.4.5生物炭的应用 5

1.4.6生物炭对重金属的吸附 6

1.5研究内容和目标 7

2．1 实验部分 8

2.1.1仪器 8

2.1.2材料 8

2.1.3方法 8

2.2 结果与讨论 8

2.2.1 生物炭扫描电镜 8

2.2.2 pH值 10

2.2.3 比表面积 10

2.2.4 C、N、O百分比 10

3 玉米秸秆生物炭对Cd的吸附 11

3.1 实验部分 11

3.1.1仪器 11

3.1.2材料 11

3.1.3方法 11

3．2 结果与讨论 11

3.2.1 不同振荡时间对生物炭吸附镉的影响 11

3.2.2 不同添加量对生物炭吸附镉的影响 13

3.2.3 不同振荡温度对生物炭吸附镉的影响 15

3.2.4 不同热解温度对生物炭吸附镉的影响 15

参考文献 18

1绪论

1.1重金属污染状况

近些年来我国工农业迅速发展，重金属污染也越来越严重，很多生产活动都是造成严重污染的原凶，开采矿山、排放未经处理的废水废气、还有地质侵蚀、风化等天然形式都会使重金属进入水体^[1]，含有重金属离子的工业废水没有经过合理处理就排放，对土壤和水体造成了严重污染^[2]。重金属离子经过食物链对人类健康造成隐蔽、长期、不可逆转、后果严重的危害，所以研究重金属治理技术成为近年来的热点课题。

1.2重金属污染修复技术

1.2.1 水体重金属污染修复

水体重金属污染不仅仅是我们国家的问题，它广泛存在于世界各国，近年来已然变成全球性问题，因此水体重金属治理的工作亟待解决刻不容缓。目前可以通过固持或者根除来处理水体中的重金属，固持是指不除去重金属，但是通过反应把重金属的有效态降低，从而降低它的生物迁移性；去除是指从实际上降低水体中的重金属含量。很多的物理化学生物方法都可以治理水体中的重金属比如离子交换法、吸附法、电絮凝法、膜分离法和化学沉淀法，但是高效低成本的方法还待继续寻找。

1.2.2土壤重金属污染修复

不仅仅是水体重金属问题需要引起重视，土壤重金属污染也需要治理，这些工业化发展的伴生问题严重地影响了农业，影响了生态环境，也对人类健康造成危害。与水体中重金属污染治理相同的方法是，第一将土壤中重金属的有效态降低也就代表将生物迁移性降低，第二可以采取稀释等方法将重金属的浓度降低。此外，由于土壤不具备水体的流动性，所以还可以采取隔离法将受污染土壤分开。

1.3 重金属污染危害

我国的水体重金属污染状况已经日益严重愈演愈烈，尤其表现在工业发达的东部地区。很多人不具备合理处置生活垃圾的意识，还有些企业考虑到成本等因素没有能够妥善处理工业废水。我们常说的水体重金属污染来源很多，大多数指的是含有重金属离子的污水由于大量大型工业企业超标排放，进入外界水流时对自然环境系统造成了环境金属污染；其次，含有大量铅, 镉等重金属成分的废旧电池被随意丢弃，没有得到合理的回收处置。这些重金属极其严重地破坏了原本的生态环境，危害人体的安全健康。世界性全球性的环境问题中就包括重金属污染。重金属具有无法在自然环境下分解的性质，想要完全消除水体当中的重金属是非常难的，并且这些重金属还会借助一些水体中的颗粒悬浮物进入水底的污泥当中，达到对生态环境的再次污染效果。此外，比如铅、镉这些有毒的重金属离子，还可以经过多种途径进入植物和动物体内，由于它们难以在外界自然环境中被降解，一旦被水生植物动物吸，使整个水生生态环境将会面临很大威胁，还有就是，这些难以自然降解的重金属通过食物链进入人体又会危害人的身体健康。

作为毒性最强的金属元素之一， Cd通过污染土壤迁移到被污染土壤产生的作物中，不仅会降低作物的产量，而且进一步通过食物链到达人体危害人体健康，这已经引起了全社会的广泛关注^[3]。

1.4生物炭

1.4.1生物炭的定义

在缺氧和小于700℃这种较低温度条件下，通过热解生物质的方法，生物质可以形成富含碳元素、大表面积、细颗粒、多孔的生物质炭。可以利用生物炭这种多孔物质，降低大气中二氧化碳的浓度从而缓解温室效应，达到作为固碳载体的效果。影响生物炭理化性状、表面特性和吸附性能的重要因素有很多，包括不同原材料、制备方法、裂解温度等。而决定生物质炭对土壤和污水环境中重金属等污染物吸附能力的主要因素是它独特的表面特性。在土壤和污水环境中，不同生物炭反应性存在差异性，包括种类、表面活性基团种类区别、官能团间的相互作用、不同的吸附动力学和不同的吸附机制等等都使生物炭吸附变得复杂。

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