生物炭和腐植酸对柴油和汽油在黄土上吸附行为影响的研究

摘要

土壤是自然环境的重要组成部分,是人类生存不可缺少、不可再生的自然资源。近年来,随着世界工业经济的不断发展和人们生活水平的不断提高,在人们生产生活中有越来越多的有机污染物进入环境,对生态环境特别是土壤环境造成了严重的污染和损害。石油类污染物作为典型的有机污染物之一,在土壤中的环境行为已引起人们的高度关注。
　　我国西北地区气候干燥、降雨量少,土壤发育不良且含沙量高,境内有长庆、玉门等多个大型油田,在油田开发过程中,产生的石油类污染物进入自然环境中,容易沿土壤包气带下渗迁移,对生态环境特别是土壤环境产生很强的危害作用。本文以柴油和汽油为目标污染物,研究其在西北半寒旱区黄土上的吸附行为,同时了解从西北地区黄土上提取的天然腐植酸以及利用植物秸秆制备的生物炭对柴油和汽油在黄土上吸附特性的影响,并对其可能的影响因素和挥发行为做了探讨,以揭示石油类污染物在黄土上的吸附规律,了解石油类污染物在西北黄土上的存在状况和迁移规律,为寻求有效控制和治理石油类污染物在黄土上的环境行为提供理论依据。
　　论文取得了以下的研究成果:
　　1.腐植酸的提取和生物炭的制备及其表征。
　　采用稀碱法从西北地区天然黄土上提取腐植酸以及利用植物秸秆限氧焚烧制备生物炭并对其进行表征。
　　2.天然腐植酸对柴油在寒旱区黄土上吸附行为影响的研究。
　　选用西北寒旱区黄土为供试土样,通过热力学和动力学吸附实验,研究了干旱区低有机质黄土对柴油的吸附行为,以及提取的天然腐植酸对柴油在黄土上吸附行为的影响。结果表明,无论是否加入腐植酸,柴油在黄土颗粒上的吸附都符合Freundlich方程,且腐植酸的浓度对柴油的吸附量有显著影响。在27℃时,当加入10mL40mg·L-1的腐植酸溶液,柴油在黄土上的饱和吸附量由12.0mg·g-1减小为7.05mg·g-1,且吸附量随温度的升高而降低,温度从27℃升高到47℃,柴油在黄土上的吸附量从12.0mg·g-1减小到4.23mg·g-1,表明吸附为自发的放热过程。描述柴油在黄土上吸附动力学的最优方程为Elovich方程,其次为双常数方程。无论是否加入腐植酸,黄土对柴油的吸附都在6h内达到吸附平衡。对吸附影响因素分析结果表明,柴油在黄土上的吸附随溶液pH值的增大而降低;黄土颗粒粒径越小,柴油在土样上的吸附量越大。
　　3.汽油在西北黄土上吸附行为的研究。
　　通过动力学和热力学吸附实验,研究了汽油在西北地区黄土上的吸附行为,同时研究了提取的天然腐植酸对汽油在黄土上吸附行为的影响。结果表明,汽油在黄土上的吸附在6h内达到平衡。无论是否加入腐植酸,汽油在黄土上的动力学吸附过程符合Elovich方程,其热力学吸附较好的符合Freundlich方程。腐植酸的存在使汽油在黄土上的吸附能力减小。反应温度从25℃升高到45℃,汽油在土壤上的饱和吸附量从6.30mg·g-1减小到1.37mg·g-1,表明汽油在黄土上的吸附属于放热反应。溶液pH和土壤粒径的增大,均不利于汽油在黄土上的吸附,溶液pH和土壤粒径越大,其在黄土上的吸附量越小。另外,在室温下对吸附了汽油的土壤样品和纯汽油挥发行为的研究表明,吸附了汽油的土样样品的挥发比纯汽油的慢,其挥发率与时间成对数关系。
　　4.生物炭对柴油和汽油在西北黄土上吸附行为的影响。
　　采用批实验方法,分别研究了柴油和汽油在黄土上的吸附动力学和吸附热力学。结果表明,柴油和汽油在黄土上的吸附,均能在较短时间内达到吸附平衡,无论是否有生物炭加入,柴油和汽油在黄土上的动力学吸附,其最优吸附方程为Elovich方程,其次为双常数方程,而柴油和汽油在黄土上的吸附热力学能够较好的符合Freundlich方程。生物炭的加入能够显著影响柴油和汽油在黄土上的吸附量,25℃时,分别加入0.0500gBC-400和BC-600,柴油在黄土上的饱和吸附量从13.6mg·g-1分别增大到20.1mg·g-1、23.7mg·g-1;而汽油在黄土上的饱和吸附量从5.44mg·g-1分别增大到11.9mg·g-1、17.2mg·g-1。pH对柴油和汽油在黄土上的吸附影响较大,生物炭的加入对其随pH的增大而降低的趋势影响不大。

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引言

1 综 述

1.1 土壤石油污染现状

1.2 土壤中石油污染物的来源、危害及迁移转化

1.3 有机污染物在土壤上的吸附行为及其反应机理

1.4 国内外研究现状

1.5 选题依据、目的和意义

2 腐植酸的提取和生物炭的制备及其表征

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

2.4 结论

3 天然腐植酸对柴油在寒旱区黄土上吸附行为影响的研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 结论

4 汽油在西北黄土上吸附行为的研究

4.1引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

5 生物炭对柴油和汽油在西北黄土上吸附行为的影响

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.3 结果与讨论

5.4 结论

参考文献

附录

致谢