修复植物与富磷植物共热解特性及重金属迁移转化规律研究

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人类的生产生活活动逐渐加剧了土壤重金属污染。植物修复作为一种低成本、低破坏、绿色高效的土壤原位修复技术不断获得更多应用,但收获的修复植物生物质如果没有获得合理处置,将会引起二次污染。修复植物的热解处理方式被认为是一种既能将重金属固定在热解炭中,又能进行能源制备的有效处理方式。目前,修复植物热解过程中磷基添加剂在促进重金属固定方面的作用已经得到验证,有关于修复植物和其他生物材料共热解的研究还较少,将重金属修复植物和富磷植物进行共热解更处于研究空白。鉴于此,选取矿区修复植物杨木和富磷植物浮萍,在卧式炉固定床上进行300~600℃共热解试验。探究杨木与浮萍共热解过程中的协同作用,在原有共热解效果之上,以期达到类似磷基添加剂的加成效果。本文主要研究内容和结论如下:首先,使用卧式炉固定床系统在300~600℃下进行杨木与浮萍的慢速共热解实验。结果表明,杨木与50%浮萍共热解生物油中,有机酸含量降低至4%~29%,生物油品质明显提升。共热解气相产物中H2占比提升,CO占比下降,气体产物热值提升。其次,重点研究炭中重金属的固定效率及生态风险。发现共热解炭中Zn的保留率高于杨木热解炭。共热解有助于降低焦炭中重金属毒性浸出率,提升重金属稳定性,效果由强到弱依次是Pb>Cd>Zn。共热解可以一定程度上降低Cd、Pb的有效态含量。然后,研究炭中重金属与磷元素赋存形态变化,探究重金属与磷元素的交互作用。结果表明,随着热解温度上升,Zn、Pb有机物结合态(F4)占比不断上升(分别达到62.10%、78.88%),Cd残渣态(F5)占比也不断升高(达到76.78%)。共热解过程增加无机磷Pi和HCl-P含量,表明更多磷元素以无机形式与重金属结合。最后,进行修复植物杨木负载磷基添加剂的热解实验,比较验证杨木与富磷浮萍共热解过程的实际效果。研究发现,杨木与浮萍共热解比加入磷基添加剂实现更高的炭产率、气产率。共热解过程更能增强Zn、Cd、Pb的稳定性,降低浸出毒性。共热解与负载磷基添加剂均能使炭中重金属向更稳定的形态(F3、F4、F5)迁移转化。
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