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(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的藥害,影響正常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。同時(shí),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(wèn)題日益突出。作為農(nóng)業(yè)大國(guó),為保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的可持續(xù)發(fā)展,推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè),迫切需要能解決農(nóng)田土壤除草劑和抗生素藥物殘留問(wèn)題的新型綠色去除技術(shù)。生物碳作為一種有效的土壤改良劑,對(duì)其進(jìn)行改性后,能在改良土壤理化性質(zhì)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)去除污染物的目的,是一種理想的農(nóng)田土壤修復(fù)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(biāo)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(duì)其結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行表征的基礎(chǔ)上,考察了改性材料對(duì)Gly和SMT的去除效果,討論了可能的吸附和去除機(jī)理。主要研究結(jié)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(guò)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(tuán),同時(shí),材料表面的疏水性和極性增加。BC-IBNP材料的等電點(diǎn)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(fù)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(duì)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(jí)動(dòng)力學(xué)模型更好地?cái)M合,顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型擬合結(jié)果表明,污染物在材料表面的吸附過(guò)程與薄膜擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散有關(guān);(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?cái)M合,在pH為4時(shí)BC-IBNP對(duì)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(shí),BC-NH_2對(duì)SMT的最大吸附容量為128.21 mg*g~(-1);進(jìn)一步分析吸附機(jī)理,可以推測(cè):BC-IBNP對(duì)Gly的吸附和去除機(jī)理則包括孔隙吸附、氫鍵作用、靜電作用和絡(luò)合作用;同時(shí),BC和BC-IBNP能促進(jìn)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(guò)C-N鍵的斷裂而生成氨甲基膦酸和乙酸;BC-NH_2對(duì)SMT的吸附機(jī)理主要涉及孔隙吸附、負(fù)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(duì)Gly在BC-IBNP上的吸附產(chǎn)生拮抗作用,SMT和Cd(II)基本沒(méi)有影響;BC-IBNP和BC-NH_2材料對(duì)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(fù)和改良,同時(shí)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源再利用,具有較好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(jiǎn)介
        1.1.2 環(huán)境中草甘膦的來(lái)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(shù)
    1.2 環(huán)境中磺胺二甲基嘧啶污染
        1.2.1 抗生素簡(jiǎn)介
        1.2.2 環(huán)境中磺胺二甲基嘧啶的來(lái)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(shù)
    1.3 生物炭研究進(jìn)展
        1.3.1 生物炭概況
        1.3.2 生物炭的改性方法及其應(yīng)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?jī)?nèi)容及技術(shù)路線
第二章 實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)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(fù)合材料的制備
        2.2.3 氨基生物炭復(fù)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(cè)定
    2.4 吸附性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)
    2.5 目標(biāo)污染物濃度的測(cè)定及降解產(chǎn)物的鑒定
    2.6 吸附模型
        2.6.1 吸附動(dòng)力學(xué)模型
        2.6.2 吸附等溫線模型
    2.7 本章小結(jié)
第三章 鐵基生物炭對(duì)草甘膦的吸附性能研究
    3.1 材料的結(jié)構(gòu)組成和表面性質(zhì)
    3.2 吸附動(dòng)力學(xué)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(duì)吸附的影響
    3.5 機(jī)理分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 氨基生物炭對(duì)磺胺二甲基嘧啶的吸附性能研究
    4.1 材料結(jié)構(gòu)組成和表面性質(zhì)
    4.2 吸附動(dòng)力學(xué)分析
    4.3 不同pH條件下的吸附等溫線分析
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    結(jié)論
    研究特色
    展望
參考文獻(xiàn)
碩士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2890903