改性沼渣生物炭吸附和光降解莠去津机理研究

作     者：曹博雄 

作者单位：中国环境科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：杨天学

授予年度：2024年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0828[工学-农业工程] 0703[理学-化学] 120405[管理学-土地资源管理] 

主      题：沼渣生物炭 莠去津 柠檬酸改性 吸附 光降解 

摘      要：我国年产生的超2亿吨餐厨垃圾中70%以上采用厌氧发酵,产生的具有丰富营养元素和有机质的沼渣可作为肥料,但消纳量受限,造成大量沼渣处理处置成为难题。热解技术可实现沼渣的减量化水平达90%以上,并产生可以作为肥料的生物炭。且团队前期研究发现,产生的生物炭具有更多含氧官能团,具有更好的吸附和强化降解性能。因此,本研究基于沼渣生物炭作为炭基肥的特点,拟以强化其吸附和降解土壤中的除草剂莠去津为目标,从提升沼渣生物炭表面性质入手,采用柠檬酸对沼渣生物炭进行改性,分析了沼渣生物炭吸附和光降解莠去津的效果,并探索了柠檬酸的强化机制。结果表明: （1）柠檬酸改性能强化沼渣生物炭（BC）的表面性质,使比表面积从96.60m2 g-1增加到266.2 m2 g-1,增加了表面含氧官能团（羟基和羧基）和环状结构,增加了材料的供电子能力使p Hzpc从8.79降低到5.64。 （2）柠檬酸改性沼渣生物炭（CA-BC）的吸附性能得到提升,48 h内对莠去津的的吸附率由56.2%提高到94.1%,吸附量从3.67±0.31 mg g-1提高到5.94±0.07 mg g-1;莠去津在CA-BC上的吸附动力学和等温线高度拟合Elovich和Langmuir模型,吸附过程涉及物理吸附和化学吸附;吸附作用机理主要包括微孔填充、静电相互作用和官能团相互作用。 （3）光催化可进一步促进CA-BC对莠去津的去除效果,120 min内去除率由63%提高到85%;机理分析显示,光降解莠去津体系产生了超氧化物自由基、光生空穴和羟基自由基等活性物质,主要通过脱氯反应生成HA(C8H15ON5)。