生物碳吸附去除溶液中的阿特拉津

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1、生物碳吸附去除溶液中的阿特拉津Adsorptiveremovalofatrazinefromaqueoussolutionbyvarioustypesofbiochars作者姓名：AlbertoBentoCharrua专业名称：环境工程研究方向：环境生物技术指导教师：刘娜教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月28日摘要摘要生物碳吸附去除溶液中的阿特拉津如今化学药品在农业、渔业、动物保护以及其他领域的广泛应用所产生的环境问题已经引起了全世界的关注。阿特拉津（2-氯-4-乙胺基-6-异丙胺-均三嗪）是一种除草剂，因其能够有效控制阔叶类杂草的生长而被广泛

2、应用于农业中，如咖啡、甘蔗、香蕉、大豆、玉米、小麦、高粱、菠萝等作物的生产中。阿特拉津难溶于水，但在某些特定的环境条件下具有高迁移性，所以残留在土壤中的阿特拉津易通过径流作用进入地表受纳水体；也可通过淋滤作用迁移至土壤深层，甚至污染地下水源。农业中使用的阿特拉津通过径流和沉降作用间接污染了收纳水体（地表水和地下水），含有高浓度阿特拉津的地表水或地下水会引发许多环境问题，人类健康（生长发育、癌症以及生殖器官的损害）、水生生物（雌性化）、植物生长等都会受到影响。寻找从被污染的水体和土壤中去除阿特拉津的方法已经引起了许多科研工作者的注意。生物碳作为一种可供选择的

3、阿特拉津去除剂而被广泛使用。生物碳是一种在缺氧条件下，热解生物量而获得的多孔性材料，现已广泛用于土壤和水体污染物的去除。论文首先利用大豆杆(soybeans，SBB)、玉米杆(cornstalks，CSB)、水稻杆(ricestalks，RSB)、家禽粪便(poultrymanure，PMB)、牛粪(cattlemanure，CMB)、猪粪(pigmanure，PgMB)作为原材料来制备生物碳，并对六种生物碳的理化性质进行研究（元素组成、表面形态结构、表面官能团、比表面积、平均孔径、总孔隙体积等）。通过批次实验来研究不同材质的生物碳在不同环境条件下（阿特拉

4、津初始浓度、吸附剂含量、温度、pH）对阿特拉津的吸附量效果的影响。其次做了六种不同材质的生物碳对阿特拉津吸附等温线和吸附动力学的研究。最后选出对一种对阿特拉津吸附效果最好的生物碳，利用响应曲面法进行最优化研究。通过上述研究，得出以下结论：（1）六种不同材质生物碳的吸附容量都随着阿特拉津初始浓度、吸附剂含量以及温度的增加而增加。阿特拉津在酸性或碱性溶液中均有很好的去除效果。但是由于吸附和水解的双重作用，相对于酸性溶液而言，阿特拉津在碱性溶液中的去除率更高。设置不同的初始的pH值（4.5-11），随着试验的进行溶液的pHI摘要值最终都会趋于碱性（8.17-9.

5、33）。（2）弗罗因德利希等温线（Freundlichisothermadsorption）的吸附参数显示，六种不同类型生物碳的吸附容量比较如下：SBB>RSB>CMB>CSB>PMB>PgMB。基于阿特拉津吸附容量的所有参数显示：SBB比其他五种类型生物碳能3够更好的吸附阿特拉津。六种生物碳的总孔隙体积介于0.05cm/g（PgMB和PMB）3与0.19cm/g（SBB）之间。SBB拥有更多的孔隙，且微孔占总孔隙体积的12.5%。生物碳的总孔隙体积和pH在生物碳的吸附容量方面十分重要，而且他们可能对物理吸附机制（生物碳的活化能小于42kJ/mol）在整体

6、吸附过程中占支配地位做出贡献。（3）通过对比假一级动力学，假二级动力学，耶诺维奇（Elovich）和内部颗粒扩散模型（Intraparticlediffusionmodel，IPD）以及改进弗罗因德利希（Freundlich）模型的吸附动力学，得出生物碳对阿特拉津的吸附过程更符合改进的弗罗因德利希模型和颗粒内部扩散模型。(4)利用响应曲面法最优化研究得出最适操作条件为pH6.67、SBB含量为o7.75g/L、32C，此时的吸附去除率为92.18%。此外，对于模型的统计数据在95%的可信度条件下分析发现，独立变量对于吸附过程会产生有效影响（pH、吸附剂含量

7、、阿特拉津初始浓度、温度的P值分别为0.005、0.000、0.000和0.000）。吸附剂含量（P=0.009）以及初始pH与初始浓度之间的相互作用（P=0.034）会对吸附过程产生方块效应。相关系数接近于1，修正的拟合值F=169.660和在统计上具有显著意义的P=0.000显示二次式模型对于数据的拟合是有意义的。生物碳（SBB）可以作为一种既经济又高效的污染物吸附剂，为今后修复被阿特拉津污染的水和生态系统提供了吸附材料和技术支持。关键词：生物碳，阿特拉津，吸附作用，杀虫剂，最优化IIAbstractAbstractAdsorptiveremovalo

8、fatrazinefromaqueoussolutionbyvar