三种工业固废与有机肥合成复合体的稳定机制研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:july1126
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大宗工业固废的处置以及资源化利用一直是环境领域的热点问题,但目前由工业固废大量堆积带来的环境风险问题未能很好的解决。作为一种“二次资源”,工业固废主要应用于于建材与工业辅料,而在农业与土壤方面的应用较少,因此,工业固废的综合利用率及利用途径急需提高与拓展。土壤中的有机碳更替对于全球碳循环的影响较大,在农业耕作中通过施用有机肥能够有效增加土壤有机碳含量,然而有机肥肥效缓慢,长期过量施用造成资源浪费,甚至会造成有机碳的流失和水体的污染。此外,有机肥具有丰富的微生物可利用碳源,可以快速的被生物降解,也会促使土壤碳向大气中排放温室气体。其他研究表明土壤有机碳与矿物相互作用形成有机-无机复合体是土壤碳稳定的重要机制。因此,如何提升有机肥施用并稳定于土壤是亟待解决的问题,研究土壤有机碳与矿物相互作用形成有机-无机复合体的作用机制具有重要的科学意义。本研究选取了三种云南典型的,含有Ca、Fe、Al的大宗工业固废,磷石膏、粉煤灰、赤泥,并选用蚯蚓粪有机肥和腐殖土,通过物理合成与水热合成两种方法制备三种工业固废与蚯蚓粪肥/腐殖土形成的有机-无机复合体,探索工业固废固废对有机质的吸附能力,固废与有机质之间的相互作用机制,以及固废肥料复合体的抗氧化性能。通过实验研究得到的主要获得结果如下:(1)物理合成复合体中,通过固废对肥料DOM的吸附实验探究固废对有机碳的负载能力及稳定机制。吸附后的傅里叶红外光谱分析表明,固废材料主要吸附的是DOM中的芳香族碳,并通过表面吸附及金属离子的配体交换作用固持稳定有机碳。吸附等温线结果表明,固废材料对肥料DOM均为非线性吸附。磷石膏对于两种肥料DOM的吸附较粉煤灰高,赤泥的少量添加提升其对这两种肥料中DOM的吸附容量,说明因赤泥添加而引入的Fe3+提升了吸附容量。磷石膏在添加赤泥后的吸附容量是最大的,但仍然低于粘土矿物与金属氧化物对有机碳的吸附量。(2)水热合成复合体中,通过密度分级探究水热固废对于有机碳的负载能力及稳定机制。密度分级后,水热复合体重组分的碳含量及FT-IR分析表明,水热过程中,固废一样通过表面吸附及配体交换与有机碳结合。水热后固废对于有机碳的负载能力相比原始固废显著提升,这是由于水热后固废的比表面积增加,肥料芳香族碳相比原始肥料提升,固废中金属氧化物在水热反应下脱氧而与有机碳结合,从而提高固废对于有机碳的负载能力。(3)通过H2O2对物理及水热合成复合体的氧化,探究了不同复合体的化学氧化稳定性。氧化后的碳损失及FT-IR分析表明,两种肥料在水热后抗氧化能力提高,因为水热后肥料的芳香程度升高。复合体的抗氧化性能较原始肥料增加,说明通过表面吸附与配体交换与固废结合的有机碳较为稳定。赤泥的添加降低了复合体的抗氧化性能,主要由于Fe3+的引入催化了氧化作用。水热复合体的化学氧化稳定性相比物理复合体下降,固废在水热过程中脱氧的金属离子提升了有机碳负载量的同时,也降低了复合体的抗氧化性能。综上所述,经本文研究发现,磷石膏对于有机碳的负载能力强于粉煤灰,赤泥的添加能够提高两种固废负载肥料中有机碳的能力,水热合成能够提升三种固废对有机碳负载量的同时,也降低了有机-无机复合体的抗氧化性能。因此,从研究得到将固废用于固持稳定有机碳是具有可行性的,本研究对于工业固废的资源化利用以及有机-无机复合体的合成研究具有一定指导意义。
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