【摘 要】
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汞是一种剧毒重金属,对环境和人类造成了极大的危害,汞污染问题引起了世界各国学者的广泛关注。生物炭具有较大的比表面积,孔隙发达,含有丰富的官能团,对污染物有较好的吸附效果。因其制备简单、价格低廉、环境友好,广泛应用于污染土壤修复。本文以ZnCl2与S改性玉米秸秆,采用厌氧热解法制备生物炭,并将其用于修复汞污染土壤,吸附水中Hg2+和脱除烟气中Hg0。对生物炭进行表征,探索生物炭对水中Hg2+和烟气中
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汞是一种剧毒重金属,对环境和人类造成了极大的危害,汞污染问题引起了世界各国学者的广泛关注。生物炭具有较大的比表面积,孔隙发达,含有丰富的官能团,对污染物有较好的吸附效果。因其制备简单、价格低廉、环境友好,广泛应用于污染土壤修复。本文以ZnCl2与S改性玉米秸秆,采用厌氧热解法制备生物炭,并将其用于修复汞污染土壤,吸附水中Hg2+和脱除烟气中Hg0。对生物炭进行表征,探索生物炭对水中Hg2+和烟气中Hg0的吸附性能。应用生物炭对汞污染土壤进行长期稳定化修复,研究生物炭对土壤理化性质、汞浸出浓度和汞形态的影响,探索生物炭对汞污染土壤的修复机制。本论文主要结论如下:(1)ZnCl2与S共改性生物炭可有效降低土壤中汞的环境风险,其添加到土壤中14d后,汞浸出浓度由2.7 mg·L-1降低到0.014 mg·L-1,去除率为99.5%,可交换态汞含量降为0%。生物炭的最佳制备条件为:30%ZnCl2与5%S活化玉米秸秆、350℃下炭化1h。ZnCl2与S共改性提高了生物炭对Hg2+的吸附能力,饱和吸附量高达278.2 mg·g-1。Hg2+在硫化锌生物炭上生成了HgS、HgO和HgSO4而稳定。硫化锌生物炭对50~1000μg·m-3的含汞烟气均具有良好的脱除效果。(2)生物炭表征结果显示,S改性后生物炭孔壁变薄,孔径增大,比表面积增大,生物炭中S=O键的含量增加;ZnCl2改性造成生物炭孔道塌陷,比表面积降低,生物炭中C-C1和C=Cl键的含量增加;ZnCl2与S共改性造成部分的孔道塌陷,比表面积增加,生物炭中S=O、C-Cl和C=Cl键的含量增加,生物炭中生成了 ZnS。(3)汞污染土壤的最佳修复条件为:硫化锌生物炭添加2%,有机质添加1%,土壤含水量保持在20~25%。硫化锌生物炭增高了CEC,降低了土壤Eh,增大了土壤pH。硫化锌生物炭修复汞污染土壤1 d后,土壤汞浸出浓度即从2.7 mg·L-1降到0.1 mg·L-1以下,30 d后降到0.63 μg·L-1,稳定化率可达99.99%。修复7 d后土壤中可交换态汞含量趋近于0%,稳定的有机结合态汞和残渣态汞含量显著增加,且修复效果在90 d内长期稳定。(4)生物炭中的O、S、Cl等元素可能在生物炭稳定汞的过程中发挥了作用。硫化锌生物炭可能通过增加土壤pH,增加土壤CEC,降低土壤Eh而稳定土壤中的汞。硫化锌生物炭与土壤中的汞形成了稳定的HgS、HgSO4、HgCl2化合物。
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