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39410字硕士毕业论文生物炭输入对农田土壤重金属迁移的影响

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:39410字
论点:生物,土壤,制备
论文概述:

研究表明生物炭有可能有益地降低土壤中有机和无机潘染物的生物有效性。然而,仍需做更多的研究工作以明确定性生物炭使污染物的迁移性或生物有效性升高的特征,从而能引导炭的生产者和

论文正文:

第一章引言

1.1简介
生物炭是一种外观类似木炭的细粒多孔物质,由生物质在缺氧条件下高温热解或燃烧产生。然而,在国际生物炭组织(IBI)对生物炭的定义中,进一步强调了有目的地将生物炭应用于农业土壤及其环境效益的必要性。值得注意的是,各种碳产品已经大规模工业化生产。例如,活性炭的应用意味着有机材料在高温(高于50(rc))下碳化很长时间(大于lOh),并用盐或强酸和强碱预处理(Sohi等人,2009年)。这样获得的材料通常具有更高的吸附性能。它不仅广泛用于土壤改良,还广泛用于工程处理过程,如污水过滤和废气吸附(托马舍夫斯基等人,2007年)。生物炭对土壤改良的积极和战略性建议不仅可以缓解人为因素造成的气候变化,还可以改善土壤质量和生产力(Laird等人,2009;莱曼,2007年a,b;Lehmann等人,2006年;Mathews,2008年;小川奈那等人,2006年;伍尔夫,2008).与现有的大量农业和气候效益研究成果相比,只有相对较少的研究关注生物炭应用的环境效应。已有关于生物炭相互作用影响的研究报告(库卡纳,2010年),但它们只涉及杀虫剂或杀虫剂。本文将简要介绍生物炭改性对土壤中重金属和有机污染物环境行为的影响。

1.2生物炭的制备及主要特性

1.2.1生物炭的制备方法
生物炭是由生物质原料(如植物残壳、动物代谢废物等)热解炭化而成。)在完全或部分缺氧的情况下。然而,实际的制备方法是不同的和多样的。Liu(2009)等人通过水热处理工艺制备了生物炭,即在300℃下热解5g松木或谷壳。在热解过程中,连续引入10毫升负载30毫升去离子水和氮气的高压dad。S4nchez(2009年)和其他人是通过在氦气氛中以3(rC/min)的速度加热油菜捕鱼或英法两国到最终温度55(rc和恒温Ih)来制备的。Cao(2010年)和其他人将牛放在马弗炉中,并在较低温度下加热和燃烧(0O(rc),但未加载惰性气体进行排气空。此外,陈(2011a)等人利用桔皮作为原生质体,磁铁矿作为磁性介质,通过化学共沉淀制备了一种新型的磁性生物炭。显然,不同的原料、工艺流程和热解条件会导致生物炭的性质有很大差异,如结构组成和物理化学性质,如酸碱度、灰分含量、持水量、表观密度、孔体积和比表面积(李力等,2011)。目前,人们普遍认为生物炭的原料和热解温度是影响生物炭性能的两个最重要的因素。

1.2.2生物炭的主要特征
生物炭的原料种类繁多,制备的不同生物炭的成分相当复杂。虽然不同生物炭的性质不同,但它们的主要特征可以总结如下。生物炭富含微孔,孔结构发达,比表面积大,吸附能力强。生物炭不仅吸附铵、硫酸盐等。,而且还具有保肥性能(莱曼,2002;Mizuta等人,2004年),它也能吸附有机污染物和重金属(Cao等人,2009年;Chen等人,2008年;刘和章,2009;Mohan等人,2007年;王和星,2OO7)。生物炭是由花生壳和其他废物制成的。当热解温度从400℃上升到90℃时,生物炭的比表面积从120m2/g增加到460m2/g(Day等人,2005年)。Chen等人(2008年)发现松针在700时被用作原料。c高温制备的生物炭比表面积最大,其值可达490.8ni2/g,对间二氰基苯的吸附能力可达208 mg/g,低温热解制备的生物炭主要分布萘等有机污染物,而高温热解制备的生物炭主要吸附。王和兴(2()07)发现碳化甲壳素和纤维素对菲和萘的吸附能力显著提高,菲和萘的最大吸附能力与吸附后的比表面积呈正相关。然而,在40℃碳化的纤维素对萘的吸附能力最强,其值可高达2160 niol/kg。虽然碳化纤维素的比表面积略小于甲壳素,但由于碳化纤维素的孔体积较大,孔结合更发达,萘分子可以大量进入微孔进行吸附固定(Wang and Xing,2007)。

第2章生物炭的制备和表征

2.1简介
生物炭是通过生物质在完全或部分缺氧条件下热解和碳化制备的。其制备原料来源极其广泛,基于环境友好和废弃物资源循环利用的考虑,以锯末、肝移植、果壳、牛粪等废弃生物质以及餐厨垃圾、污泥等工业和城市生活中产生的有机废弃物为原料。这种由废弃生物质制成的生物炭由于其优异的性能,也被用作环境修复的生物吸附系统,受到越来越多的关注(徐等,2013)。生物炭的基本性能主要受原料、制备温度、制备时间等因素的影响。由于原料、工艺过程和热解条件的不同,生物炭在结构组成、酸碱度、灰分、含水量和比表面积等物理和化学性质上表现出极其广泛的多样性。不同的生物质材料含有不同比例的纤维素、半纤维素和木质素,并具有不同的碳化物微结构和孔结构(Keiluweit 2010)。目前,学术界普遍认为,生物炭的原料和热解温度对碳的理化性质和环境功能影响最大。生物炭前驱体的原料组成是决定生物炭组成和性质的基本套筒,而生物炭热解温度对其环境应用特性的影响一直是研究热点(谢祖斌等,2011)。
中国是一个拥有8亿农民的农业大国。秸秆作为农村农作物最重要的副产品,资源产量极其丰富,但传统的利用方式造成了大量的能源浪费和环境污染。米串的综合利用已成为农村经济发展过程中的一个突出问题(杨丽莎,2011)。此外,我国竹资源丰富,但受工艺流程的限制,我国竹资源的工业利用仍存在一些突出问题,如竹利用率低、竹渣利用不完全等。随着各种竹制品制造业的快速发展,竹材加工剩余物的数量也在快速增加。浙江省只有安吉县每天生产多达2000吨的竹子残渣,这些残渣没有得到有效利用(刘乐群等人,2012年)。基于对农林废弃物生物炭技术的考虑,利用肝脏或竹子加工残渣制备生物炭不仅是废弃物资源的综合利用,也是符合中国国情的解决问题的切实可行的途径。它还可以缓解中国经济发展与碳排放之间的矛盾,从而促进工农业协调发展。因此,建立一套成熟的生物炭制备技术体系,生产出性能优良、生产能耗低、综合性价比高的生物炭产品非常重要。本研究以稻草和竹材加工剩余物为原料制备生物炭。研究了两种不同原料在不同制备温度下制备的生物炭的基本物理化学性质,以寻找合适的制备温度,选择性能优良、性价比高的生物炭产品。

第3章生物炭对土壤重金属迁移的影响.........28
3.1导言.........28
3.2材料和方法.........29
3.3结果和讨论.........31
3.3.1生物炭投入对大豆生长的影响.........31
3.3.2大豆对土壤重金属的影响……34
3.3.3大豆不同部位元素分布.........37[/比尔/] 3.4概述.........39[/比尔/]第四章生物炭对土壤重金属形态的影响.........40[/比尔/] 4.1导言.........40 [/溴/]4.2材料和方法.........40
4.3结果和讨论.........43
4.4讨论.........54
第5章主要研究结论和研究展望.........56
5.1本研究的主要结论.........56
本研究的5.2创新点.........57
5.3研究前景.........58

结论

本研究以水稻棺材和竹片为原料制备不同的生物炭。对不同生物炭的主要性能进行了表征。通过简单的吸附实验研究了生物炭的吸附能力。利用XANES技术研究了生物炭吸附铜的分子形态,并探讨了生物炭的吸附机理。最后,选择性能较好的巴塞尔公约秘书处和英国广播公司作为研究对象。利用土壤柱淋溶试验和盆栽试验,结合电感耦合等离子体原子发射光谱法和SRXRF法,研究了这两种生物炭输入对农田土壤重金属迁移和作物生长吸收的影响,阐明了生物炭影响土壤重金属形态转化的规律。主要研究结论如下:
1)稻草和竹片在不同温度下制备的生物炭具有较高的酸碱度和碳含量。由于原料的不同,这两种生物炭的性质有很大的不同。然而,由于不同的制备温度,由相同原料制备的生物炭的性质会有一定程度的不同。颛喱炭和竹炭对铜(ⅱ)的吸附能力都很强,但裙边ff炭的吸附能力比竹炭好。XANES技术公司的分析发现,木炭中的铜主要以腐植酸类铜的形式存在,而竹炭中的铜主要以碳酸铜的形式存在。
2)与空白对照、SBC和英国广播公司处理相比,SBC在一定程度上促进了大豆的生长,添加SBC增加了大豆的生物量。这与SBC促进大豆吸收必需元素是一致的。然而,英国广播公司在一定程度上抑制了大豆的生长。大豆浓缩蛋白和英国广播公司也降低了叶绿素含量,大豆浓缩蛋白和英国广播公司对大豆也有一定的毒性。
3)与SBC、英国广播公司和空白处理相比,SBC和英国广播公司都促进了大豆对土壤中镉和锗的吸收和积累,改善了根际和非根际土壤中的铭刻?镉的迁移率和生物利用度;然而,SBC和英国广播公司提高了根际土壤和非根际土壤中铜、锌和银的稳定性。生物炭和英国广播公司仍然在一定程度上促进大豆对土壤中铜、锌、银的吸收和积累,这可能是由于生物炭引起的有机质增加和土壤中铜、锌、铬生物有效性的提高。
4)在土柱耕层的污染土壤中,由于土壤是从稻田表层土壤中采集的,土壤中重金属铜、锌、银、镉主要处于交换态、弱酸溶解态和还原态,具有较高的迁移率和生物有效性。只有土壤中的重金属铬相对不同,主要以残渣和可氧化态的形式存在。土壤中的铬稳定性好,不易被植物利用,不易大规模迁移。然而,在深层轻度污染的土壤中,土壤中的重金属铜、锌、银、锗主要以残留态和还原态存在,而土壤中的重金属镉则略有不同,主要以残留态和可氧化态存在,这是由于整个缺氧环境和土壤中不同的氧化还原电位造成的。铜、锌、锌、银、镉在深层土壤中的稳定性很好,可以在土壤环境中长期储存,不会进入地下水造成水污染。
5)生物炭SBC和英国广播公司的投入提高了土壤的酸碱度,土壤中重金属总量随深度的变化与土壤酸碱度有一定的相关性,两种生物炭SBC和英国广播公司对土壤重金属铜、锌、银和盆的转化和垂直分布的影响不同。巴塞尔公约秘书处和英国广播公司都在一定程度上促进了土壤柱中铜、银和镉的垂直迁移。这可能与生物炭增加土壤有机质,从而改变铜、银和镉的可用性有关。然而,SBC和英国广播公司都在一定程度上加强了土柱中铸件的稳定性。然而,只有土壤中的铬是特殊的,SBC可以促进其流动性,而英国广播公司可以稳定它。总的来说,重金属仍在淋溶动力学的推动下大量迁移。英国广播公司对重金属表现出良好的吸附和固定作用,而SBC在一定程度上促进了重金属的迁移。生物炭对重金属污染土壤迁移的影响应通过对生物炭特性和土壤特性的综合分析来确定。

参考
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