不同农作物秸秆原料制备生物炭特性及重金属浸出行为

摘要

采用水稻秆、大豆秆、小麦秆和玉米秆为原料在550℃缺氧条件下制备生物炭,考察不同原料生物炭理化性质及热解后重金属(Cr﹑Ni、 Cu﹑As﹑Cd和Pb)迁移转化特征,及其在不同浸出液中的浸出行为.结果表明,4种原料制备的生物炭的理化特性和元素组成基本一致,其中玉米秆生物炭微孔体积(0.006 cm^(3)·g^(-1))和比表面积(110.120 m^(2)·g^(-1))低于其他原料生物炭.秸秆热解后重金属(除Cd外)含量增加了14.04%~410.81%,且大部分重金属(除Cd和Pb外)化学形态由不稳定态(弱酸提取态和可还原态)向稳定态(可氧化态和残渣态)转化.制备的生物炭中的重金属在超纯水和缓冲盐溶液中无浸出或浸出量较少,在乙酸溶液和腐殖酸溶液中浸出量较高.其中Cu在乙酸溶液中浸出量较高,为2.601~4.224 mg·kg^(-1),As在腐殖酸溶液中浸出量较高,介于0.074~0.166 mg·kg^(-1).热解后,各种重金属的环境质量指数(PIi)和内梅罗综合污染指数(NPI)值均不同程度增加,但单一重金属污染等级仍为安全,生物炭综合污染水平为清洁.由于水稻秆生物炭Ni、 Cd和Pb的生态风险因子(Er)较原料显著升高,水稻秆热解后总潜在生态风险指数RI略有上升,其他3种秸秆热解后由于重金属的稳定化,总潜在生态风险RI显著降低.