高效吸附铅镉砷生物炭的制备及在重金属污染土壤修复中的应用研究

摘要

湖南省作为中国“有色金属之乡”，省内分布着大量铅锌和铜锌等矿山，引发的环境问题日趋严重，其中由尾矿库造成的土壤重金属污染问题较为典型。本文着眼于湖南省典型铅锌矿尾矿库区污染场地，旨在研究制备出一种廉价绿色高效吸附铅镉砷的生物炭材料，作为稳定剂与植物修复技术协同应用，为治理并修复以铅、镉、砷复合污染为主的重金属矿山污染土壤，提供一种成本低、修复效率高且适用性强的炭吸附稳定材料。 通过原料筛选、热解、改性、重金属吸附等试验确定制备原料及制备方法，并通过扫描电镜、比表面积、红外衍射等分析手段表征生物炭材料的微观形貌和吸附特性。共研制两种生物炭材料，一种为油菜秸秆炭，对Pb、Cd阳离子具有较好的吸附效果，热解温度为600℃时，生物炭的Pb、Cd饱和吸附量分别为286.68 mg/g和85.20 mg/g;表征结果表明，生物炭平均孔径越小则比表面积越大、碱性官能团数量越多，吸附效果越好。另一种为载铁茶叶渣炭，对砷酸根阴离子具有较好的吸附效果，当热解温度为600℃、氯化铁用量80g/15g茶叶渣、质量浓度50％、老化温度70℃、老化时间5h，制得的载铁茶叶渣炭As饱和吸附量为14.70 mg/g。表征结果表明，生物炭平均孔径越小则比表面积越大、载铁量越大，吸附效果越好。 通过溶液中重金属吸附试验、土柱淋洗试验和盆栽试验，结果表明，①生物炭可以改良土壤，快速降低重金属生物有效性，丰富植物种类且提高植物生物量，对植物修复技术具增效作用;②稳定尾矿库中重金属离子，降低其迁移性，减少重金属对周围环境的污染。③对恢复生态起到积极的作用。研究为生物炭植物协同修复尾矿库重金属污染土壤提供切实可行的参考。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1土壤重金属污染概述

1．1．1土壤重金属污染现状

1．1．2土壤重金属污染来源

1．1．3土壤中重金属Pb、Cd、As的危害

1．2土壤重金属污染常规修复技术

1．2．1物理修复

1．2．2化学修复

1．2．3生物修复

1．2．4集成修复技术

1．3生物炭概述

1．3．1生物炭的起源

1．3．2生物炭的性质

1．3．3生物炭的应用

1．4课题研究意义、研究内容及技术路线

1．4．1课题提出背景及研究对象

1．4．2课题研究意义

1．4．3课题研究内容

1．4．4技术路线

第二章吸附Pb、Cd生物炭制备及表征

2．1引言

2．2试验材料与方法

2．2．1试验材料、药剂与仪器

2．2．2试验方法与步骤

2．2．3生物炭表征方法

2．3结果与讨论

2．3．1吸附Pb、Cd生物炭原料的筛选

2．3．2制备油菜秸秆炭的热解温度条件对比

2．3．3油菜秸秆炭对溶液中Pb、Cd吸附动力学

2．4本章小结

第三章吸附As改性生物炭制备及表征

3．1引言

3．2试验材料与方法

3．2．1试验材料、药剂与仪器

3．2．2试验方法与步骤

3．2．3生物炭表征

3．3结果与讨论

3．3．1改性生物炭制备方法的筛选

3．3．2吸附As载铁改性生物炭原料的筛选

3．3．3载铁茶叶渣炭的改性条件对As吸附性能的影响

3．3．4载铁茶叶渣炭的热解温度对As吸附性能的影响及其表征

3．3．5载铁茶叶渣炭在溶液中As吸附动力学

3．4本章小结

第四章生物炭联用对土壤Pb、Cd、As迁移性影响

4．1引言

4．2试验材料与方法

4．2．1试验材料、药剂与仪器

4．2．2淋洗试验方法与步骤

4．2．3检测指标及分析方法

4．3结果与讨论

4．3．1生物炭对土壤pH值的影响

4．3．2生物炭对土壤CEC值的影响

4．3．3生物炭对土壤中Pb、Cd、As溶出的影响

4．3．4生物炭对Pb、Cd、As在土柱中迁移的影响

4．4本章小结

第五章生物炭与植物修复协同应用

5．1前言

5．2试验材料与方法

5．2．1试验材料、药剂与仪器

5．2．2试验方法与步骤

5．2．3检测指标及分析方法

5．3结果与讨论

5．3．1生物炭对草本植物的影响

5．3．2生物炭对木本植物的影响

5．3．3生物炭对超富集植物的影响

5．4本章小结

第六章结论与建议

6．1结论

6．2建议

参考文献

在学研究成果

致谢