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菲是多环芳烃中的一种代表性物质,具有毒性强、生物累积性高等特性,可通过食物链的途径严重危害人类健康。目前环境中受多环芳烃菲等持久性有机物污染的土壤越来越多,迫切需要有效的土壤修复方法和污染控制技术。生物炭因其具有较大的比表面、精致的孔结构以及表面具有丰富的有机官能团等独特的性质,对环境介质中的有机污染物有很强的吸附能力,将生物炭添加到土壤中可增加土壤的稳定性,改变其理化性质,增强对土壤中菲的固定作用,有效地降低了多环芳烃菲在环境中的污染程度,减轻有机污染物对农作物的毒性作用,生物炭作为一种钝化剂在控制和治理环境中疏水性有机污染物的污染具有重要意义。本文研究了不同生物质来源和不同热解温度制备的生物炭与菲的相互作用机制,采用批量平衡和超声波提取的方法,重点探讨了生物炭的添加与老化作用对菲在5种不同类型土壤(黑土、棕壤、潮土、红壤和石灰土)中环境行为的影响。主要内容有: 生物炭的制备采用限氧慢速热解的方法,以不同来源的生物质(荔枝树枝、小麦秸秆、水稻秸秆)为原料,在热解温度300、400、500、600℃的条件下制备不同生物炭,并采用元素分析、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、热重(TG)等测试手段进行生物炭表征,结果表明,生物炭含有丰富的有机官能团,如羟基、羧基、酮基等,其结构和理化性质随着生物质来源和热解温度的不同而呈现出明显的差异;木本来源的荔枝树枝生物炭芳香碳含量和比表面积普遍大于农作物秸秆生物炭;随着热解温度的提高,生物炭的极性指数降低、聚合度增大、疏水性和芳香性增强、玻璃化转变温度升高。 采用批量平衡的方法,研究了不同生物质来源和不同热解温度的生物炭与菲的相互作用机制,结果表明,Langmuir模型可以对不同生物质来源生物炭吸附菲的实验数据进行较好的拟合,拟合参数显示,荔枝树枝生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)要明显大于小麦秸秆和水稻秸秆制备所得的生物炭;随着热解温度,生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)明显增强,吸附等温线的线性程度降低。生物炭与菲的可能作用机制有表面吸附、孔隙填充效应以及π-π共轭反应等。 研究了黑土、棕壤、潮土、红壤和石灰土5种不同类型无污染农用土壤对菲的等温吸附线,结果显示,菲在5种土壤上的等温吸附曲线都有一定程度的非线性,且Freundlich模型较好地拟合;不同性质土壤对菲的吸附强度(Kf)随着土壤有机质含量的增大而逐渐增强。土壤对菲的吸附主要受土壤中有机碳含量与有机质性质影响,吸附机理主要包括表面吸附作用以及π-π共轭作用,吸附非线性随着极性指数的增大而降低,土壤的聚合度与菲的非线性吸附行为密切相关,两者呈线性关系。 按1%的质量比将荔枝树枝生物炭添加到5种不同类型的无污染土壤中,分别老化0d(对照组)、7d、30d、60 d、90 d,研究了生物炭的添加和老化时间对土壤理化性质及其对菲在不同类型土壤上吸附-解吸的影响,结果表明,生物炭能够提高土壤pH,增大土壤中有机质含量;添加生物炭的土壤对菲的解吸存在明显的滞后效应,菲在不同老化时间的5种土壤上的吸附解吸曲线存在显著差异,随着老化时间的延长,菲在添加生物炭的黑土、棕壤和红壤中的吸附容量逐渐增大,在潮土和石灰土中先增大后减小。同时将添加同等量的荔枝生物炭到人工菲污染的5种土壤中,研究生物炭的添加与老化作用对菲在土壤中的滞留影响,结果显示,随着老化时间的延长,土壤中菲的提取率逐渐降低;添加生物炭的黑土、棕壤、潮土、红壤和石灰土5种土壤中菲的提取率分别降低了8.41%,8.87%,11.29%,8.79%,10.73%,表明生物炭能够增大土壤对菲的固持能力。