生物炭對(duì)磺胺甲噁唑的吸附及土壤有機(jī)酸對(duì)吸附的影響.pdf

1、生物炭是由農(nóng)作物秸稈、木材、工業(yè)固體廢棄物等生物質(zhì)在厭氧或者無(wú)氧的條件下進(jìn)行熱解得到的一種固體物質(zhì)。其具有含碳量高、孔隙發(fā)達(dá)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)，因而在固碳、改良土壤以及環(huán)境修復(fù)等方面具有很大的應(yīng)用潛力。
　　研究表明，生物炭對(duì)疏水性有機(jī)污染物（如PAHs、PCBs等）在土壤和沉積物中的吸附-解吸起至關(guān)重要的作用，但對(duì)極性/離子型有機(jī)污染物的吸附-解吸行為卻相對(duì)匱乏。
　　本論文以典型抗生素磺胺甲噁唑（sulfamethoxaz

2、ole，SMX）為吸附質(zhì)，研究了其在中藥（丹參）渣生物炭上的吸附行為與機(jī)制;同時(shí)還探討了腐殖酸、蘋果酸和檸檬酸對(duì)不同類型生物炭吸附SMX的影響。
　　主要結(jié)論如下:
　　1、以丹參（拉丁名）藥渣為原料，不同溫度(250～800℃)下制備不同裂解程度的生物炭吸附劑。在碳化溫度由低到高的過程中，部分未碳化有機(jī)組分逐漸發(fā)生碳化，即“軟碳質(zhì)”逐漸過渡到“硬碳質(zhì)”。生物炭的芳香性、比表面積也隨之迅速增大，然而表面極性官能團(tuán)含量顯著降低

3、。吸附實(shí)驗(yàn)表明，250℃下制備的生物炭具有最強(qiáng)的吸附能力，其最大吸附量是高溫生物炭的2-7倍。由于低溫生物炭表面保存了更多的含氧官能團(tuán)以及250℃生物炭的酸解離常數(shù)(pKa)與吸附質(zhì)SMX的二級(jí)解離常數(shù)（pKa,2=5.7）接近，因此其較強(qiáng)的吸附能力推測(cè)是因?yàn)樵诙咧g可能形成了作用力較大的負(fù)電荷輔助氫鍵即，Negativecharge-assisted H bonding(-)CAHB。熱力學(xué)分析表明SMX在生物炭上的吸附是一個(gè)自發(fā)的

4、、吸熱過程。更高的焓變(△H)與熵變(△S)可能是由SMX與生物炭之間較強(qiáng)的(-)CAHB作用力引起的。
　　2、研究了負(fù)載腐殖酸對(duì)不同類型生物炭（不同原料、不同裂解溫度）吸附SMX以及磺胺(英文名，SA)的影響機(jī)制。結(jié)果表明，腐殖酸能夠顯著提高生物炭對(duì)SMX的吸附親和力，然而卻對(duì)生物炭吸附SA具有明顯地抑制作用。這是因?yàn)楦乘嶝?fù)載后改變了生物炭表面的理化性質(zhì)，使其表面增加了較多的含氧官能團(tuán)，因而對(duì)SMX分子具有更強(qiáng)的吸附能力;S

5、A與極性官能團(tuán)的親和能力較弱，因而其吸附作用被弱化。通過腐殖酸對(duì)SMX和SA的吸附實(shí)驗(yàn)證明腐殖酸對(duì)SMX具有更強(qiáng)的吸附能力。本研究結(jié)果表明，腐殖酸對(duì)生物炭吸附作用的影響主要取決于生物炭與腐殖酸之間、生物炭與吸附質(zhì)之間、以及腐殖酸與吸附質(zhì)之間各吸附親和力的大小。
　　3、研究了小分子有機(jī)酸（蘋果酸、檸檬酸）對(duì)生物炭吸附SMX的影響機(jī)制。與單一SMX吸附實(shí)驗(yàn)相比，小分子有機(jī)酸能夠顯著增強(qiáng)生物炭對(duì)SMX的吸附。SMX在溶液中首先與小分子