發(fā)布時間：2020-11-20 03:50

　　 除草劑的廣泛大量使用,使得農(nóng)田土壤出現(xiàn)除草劑殘留,進而產(chǎn)生嚴重的藥害,影響正常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。同時,隨著集約化養(yǎng)殖廢物的肥料化利用,農(nóng)田土壤的抗生素殘留問題日益突出。作為農(nóng)業(yè)大國,為保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的可持續(xù)發(fā)展,推進新農(nóng)村建設,迫切需要能解決農(nóng)田土壤除草劑和抗生素藥物殘留問題的新型綠色去除技術。生物碳作為一種有效的土壤改良劑,對其進行改性后,能在改良土壤理化性質的同時,實現(xiàn)去除污染物的目的,是一種理想的農(nóng)田土壤修復材料。本文選取檢出率高以及用量大的草甘膦(Gly)和磺胺二甲基嘧啶(SMT)作為目標化合物,以棕櫚為原料,制備鐵基生物炭(BC-IBNP)和氨基生物炭(BC-NH_2),在對其結構組成進行表征的基礎上,考察了改性材料對Gly和SMT的去除效果,討論了可能的吸附和去除機理。主要研究結果如下:(1)采用液相還原法、親電取代和還原方法分別制備了BC-IBNP和BC-NH_2兩種改性生物炭。通過表征發(fā)現(xiàn):改性處理可增大生物炭的比表面積和總孔體積,材料表面含有豐富的富含電子官能團,同時,材料表面的疏水性和極性增加。BC-IBNP材料的等電點增大且表面有一層鐵氧化物生成,BC表面含有豐富的羥基自由基。BC-NH_2材料呈電負性。這意味著兩種改性處理均在一定程度上改善了生物炭的表面性能,有助于提高材料對Gly和SMT的吸附和去除;(2)兩種材料能在120分鐘內(nèi)將濃度為5 mg/L的Gly和SMT去除99%,吸附速率數(shù)據(jù)可以用偽二級動力學模型更好地擬合,顆粒內(nèi)擴散模型擬合結果表明,污染物在材料表面的吸附過程與薄膜擴散和顆粒內(nèi)擴散有關;(3)污染物在材料上的等溫吸附數(shù)據(jù)可以用Langmuir等溫線模型更好地擬合,在pH為4時BC-IBNP對Gly的最大吸附容量為80.00 mg*g~(-1),均比改性前有顯著提高;在pH=8.00時,BC-NH_2對SMT的最大吸附容量為128.21 mg*g~(-1);進一步分析吸附機理,可以推測:BC-IBNP對Gly的吸附和去除機理則包括孔隙吸附、氫鍵作用、靜電作用和絡合作用;同時,BC和BC-IBNP能促進草甘膦降解,降解產(chǎn)物經(jīng)鑒定為氨甲基膦酸,可能的降解途徑為在羥基自由基的作用下,草甘膦通過C-N鍵的斷裂而生成氨甲基膦酸和乙酸;BC-NH_2對SMT的吸附機理主要涉及孔隙吸附、負電荷輔助氫鍵和氫鍵、靜電作用和π~+-πEDA作用;(4)在共存污染物中,大于10mg/L的磷酸鹽對Gly在BC-IBNP上的吸附產(chǎn)生拮抗作用,SMT和Cd(II)基本沒有影響;BC-IBNP和BC-NH_2材料對Gly和SMT具有良好的吸附效果,可用于Gly和SMT污染的土壤修復和改良,同時實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源再利用,具有較好的應用前景。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X592
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 環(huán)境中草甘膦污染
        1.1.1 環(huán)境中除草劑簡介
        1.1.2 環(huán)境中草甘膦的來源、污染現(xiàn)狀及危害
        1.1.3 環(huán)境中草甘膦污染的治理技術
    1.2 環(huán)境中磺胺二甲基嘧啶污染
        1.2.1 抗生素簡介
        1.2.2 環(huán)境中磺胺二甲基嘧啶的來源、污染現(xiàn)狀及危害
        1.2.3 環(huán)境中磺胺二甲基嘧啶污染的治理技術
    1.3 生物炭研究進展
        1.3.1 生物炭概況
        1.3.2 生物炭的改性方法及其應用
        1.3.3 生物炭在處理草甘膦和磺胺二甲基嘧啶污染的研究現(xiàn)狀
    1.4 本課題的研究目的與內(nèi)容
        1.4.1 研究目的與意義
        1.4.2 選題依據(jù)
        1.4.3 研究內(nèi)容及技術路線
第二章 實驗器材和實驗方法
    2.1 實驗試劑與儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 生物炭的制備及改性方法
        2.2.1 棕櫚生物炭的制備
        2.2.2 鐵基生物炭復合材料的制備
        2.2.3 氨基生物炭復合材料的制備
    2.3 材料的表征方法
        2.3.1 元素組成和比表面積
        2.3.2 掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡
        2.3.3 傅里葉變換紅外光譜
        2.3.4 X射線光電子能譜
        2.3.5 Zeta電位及納米粒度
        2.3.6 自由基的測定
    2.4 吸附性能測試實驗
    2.5 目標污染物濃度的測定及降解產(chǎn)物的鑒定
    2.6 吸附模型
        2.6.1 吸附動力學模型
        2.6.2 吸附等溫線模型
    2.7 本章小結
第三章 鐵基生物炭對草甘膦的吸附性能研究
    3.1 材料的結構組成和表面性質
    3.2 吸附動力學分析
    3.3 不同pH條件下的等溫吸附特性
    3.4 共存污染物對吸附的影響
    3.5 機理分析
    3.6 本章小結
第四章 氨基生物炭對磺胺二甲基嘧啶的吸附性能研究
    4.1 材料結構組成和表面性質
    4.2 吸附動力學分析
    4.3 不同pH條件下的吸附等溫線分析
    4.4 本章小結
結論與展望
    結論
    研究特色
    展望
參考文獻
碩士學位期間取得的研究成果
致謝
附件

【參考文獻】

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本文編號：2890903