【摘 要】
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生物炭是废弃生物质材料在无氧或限氧条件下高温热解而成的一类含碳量丰富的多孔状材料,其能够保持土壤的水分和肥力,是一种良好的土壤改良剂。生物炭高度稳定,且具有较强的吸附能力,在全球气候变化、碳循环和环境问题中有广阔的应用前景。水生植物如空心莲子草、水花生等,被广泛应用于富营养化水体的治理。但是其生长繁殖迅速,大量水生植物收割后处理不当会释放病原体和甲烷,从而造成环境的二次污染。本研究以空心莲子草为原
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生物炭是废弃生物质材料在无氧或限氧条件下高温热解而成的一类含碳量丰富的多孔状材料,其能够保持土壤的水分和肥力,是一种良好的土壤改良剂。生物炭高度稳定,且具有较强的吸附能力,在全球气候变化、碳循环和环境问题中有广阔的应用前景。水生植物如空心莲子草、水花生等,被广泛应用于富营养化水体的治理。但是其生长繁殖迅速,大量水生植物收割后处理不当会释放病原体和甲烷,从而造成环境的二次污染。本研究以空心莲子草为原材料制备生物炭,并利用MgCl2对空心莲子草进行改性负载镁处理,针对我国部分水体氮磷和重金属污染问题,分别探究了改性及未改性的空心莲子草生物炭对溶液中污染物的吸附速率、吸附过程以及吸附能力,同时初步探索生物炭的吸附机理。本研究为水生植物的资源化利用提供了一定的数据支撑和理论基础。具体的研究结果如下:（1）使用原材料空心莲子草成功制备了一种新型生物炭APB,另外使用MgCl2对原材料进行处理制备改性生物炭MAPB。同APB作对比,虽然MAPB的pH同APB相近,均为强碱性;但是MAPB的比表面积是APB的五倍左右,改性后生物炭表面晶型和特征吸收峰数量发生变化。（2）对比APB和MAPB对氮磷的吸附效果,发现APB和MAPB对硝态氮的吸附等温线均更符合Freundlich等温吸附方程,吸附过程属于多层吸附。改性后MAPB对硝态氮的吸附能力增大,但是吸附效果仍不理想;而改性前后生物炭对磷的吸附机制发生了变化,改性前APB对磷为单层吸附,而磷在改性后的生物炭上则发生了多层扩散现象,同时改性也大大提高了生物炭对磷的吸附能力。APB对铵态氮的吸附能力基本为零,而改性后吸附量大大增加,MAPB对铵态氮吸附更符合Freundlich模型,吸附过程为多层吸附。（3）研究两种生物炭对Pb（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）的吸附,选用活性炭（AC）作对照,研究发现,MAPB和APB对重金属的吸附受水体pH的影响很小;APB对两种重金属均有很强的吸附能力,APB对Pb（Ⅱ）的饱和吸附量是AC的5.3倍,并且吸附过程快速,2.5小时即可达到吸附平衡;对Cu（Ⅱ）的饱和吸附量是AC的两倍以上,吸附过程也十分迅速。说明APB可以作为一种经济且高效的吸附材料用在重金属污染水体的治理中;而对比APB和AC,MAPB对Pb（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）的吸附能力更巨大,而MAPB对氮磷的吸附能力也相对更好,因此MAPB更适用于治理水体的复合污染。（4）三种吸附材料对Pb（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）均更符合Langmuir模型,吸附过程为单层吸附;而吸附动力学结果表明,三种材料对Pb（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）均更符合拟二阶动力学模型,表明吸附过程既有物理扩散又有化学吸附。XRD和FTIR结果则表明APB和MAPB对重金属的吸附机制主要包括Pb（Ⅱ）（或Cu（Ⅱ））和生物炭表面以及内部自由的羧基和羟基官能团发生络合反应;Pb（Ⅱ）（或Cu（Ⅱ））同生物炭表面的碱土金属阳离子发生离子交换;Pb（Ⅱ）（或Cu（Ⅱ））同生物炭表面的金属氧化物发生络合或沉淀。而AC对Pb（Ⅱ）（或Cu（Ⅱ））的吸附机理主要是静电作用和离子交换作用。
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