原材料和溫度對生物炭的理化特性及鎘吸附能力的影響研究.pdf

1、目前土壤受重金屬污染嚴重，容易被農作物吸收積累，危害人體健康，重金屬污染土壤治理日益受到重視。生物炭內部具有中孔和微孔等多孔結構，比表面積巨大，同時表面含氧官能團豐富，可以用來吸附環(huán)境中的重金屬。本文以稻稈和稻殼為原料在不同溫度下制備生物炭，利用掃描電鏡，元素分析，比表面測定儀等現代儀器技術表征并分析生物炭的結構形貌、元素含量和比表面積和孔徑等理化性質，同時進行鎘溶液吸附實驗，主要結論如下：
　　1)裂解溫度和原材料對生物炭理化性

2、質均有顯著影響。同一溫度下稻殼生物炭的產率和灰分含量、含碳量均高于稻稈生物炭，pH值和揮發(fā)分含量均低于稻稈生物炭。裂解溫度升高，兩種生物炭的理化特性變化相似，具體表現為隨著熱解溫度的升高，產率和揮發(fā)分比例下降，灰分含量升高，pH增大，含碳量上升，N、H、O元素含量下降，H/C、O/C、(O+N)/C比值下降，極性和親水性減弱，芳香性增強。
　　2)傅里葉紅外分析表明稻稈和稻殼生物炭這兩種生物炭在表面官能團種類上沒有較大差異，均含有

3、豐富的官能團如羥基、羧基等。裂解溫度對生物炭表面官能團影響顯著，主要表現為甲基-CH3和亞甲基-CH2隨裂解溫度升高而逐漸消失，烷烴基缺失，形成了芳香性結構芳香環(huán)，且芳香化程度逐漸增加。進一步進行Bohem滴定實驗，結果表明原材料和溫度對生物炭官能團數量均有一定影響，稻稈生物炭總官能團數量和堿性官能團含量均要高于稻殼生物炭。隨裂解溫度升高兩種生物炭官能團變化相似，裂解溫度升高，總官能團數量呈減少趨勢，堿性官能團含量上升，酸性官能團比例下

4、降。
　　3)掃描電鏡結果顯示裂解后兩種生物炭的表面形態(tài)均發(fā)生很大的變化，原材料稻稈和稻殼的結構散亂無序，制備成生物炭之后出現規(guī)則的孔結構。不同熱解溫度制備的稻稈生物炭和稻殼生物炭內部結構類似,均具有多孔結構,相比稻殼生物炭，稻稈生物炭的孔結構更加規(guī)則，孔數量更多。比表面積結果分析表明稻稈和稻殼生物炭中的孔結構均為中孔，且隨著裂解溫度升高，平均孔徑減小。原材料和裂解溫度對生物炭表面特性均有顯著的影響，同一溫度下，稻稈和稻殼生物炭比

5、表面積等表面特性不同，在300℃~500℃溫度區(qū)間，稻殼生物炭比表面積要明顯大于稻稈生物炭，在600℃和700℃時情況相反。稻稈和稻殼生物炭最佳表面特性的制備溫度不同，分別為600℃和700℃。在不同的裂解溫度下兩種生物炭表面特性變化相似，隨著裂解溫度升高，BET比表面積增大，平均孔徑減小，總孔容增大。這說明裂解溫度的升高有利于生物炭孔隙結構的發(fā)育和微孔的形成。因此可以適當提高裂解溫度改良生物炭表面特性。
　　4)酸化處理后的比表

6、面積及孔徑分析結果表明，稻稈和稻殼生物炭比表面積和總孔容均增大，但是相比稻殼生物炭的緩慢增加，酸化處理大大增加了稻稈生物炭比表面積，這說明酸化處理對稻稈生物炭影響更大。酸化前稻稈生物炭在600℃比表面積達到最大，酸化后比表面積增加，在700℃比表面積達到最大。
　　5)原材料、制備溫度和酸可溶礦物質對生物炭的鎘溶液吸附能力均有一定的影響，其中酸可溶礦物質的影響更顯著。稻稈生物炭的鎘吸附能力比稻殼生物炭要強，且兩種生物炭對鎘的吸附能