学术论文

      水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能

      Composition and sorption properties of rice-straw derived biochars

      摘要:
      以水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法制备了不同温度(100 ~ 700℃)的秸秆生物碳,用TG-DTG热重分析、CHNO元素分析、FTIR、BET-N2比表面及孔径分布等手段表征生物碳的组成与结构,研究生物碳吸附水中硝基苯、对硝基甲苯、萘、菲等有机污染物的性能及影响因素,探讨其作用机制及构-效关系,试图为高效利用废弃农业秸秆资源、制备廉价的有机物吸附材料提供理论依据.结果表明,水稻秸秆生物碳含有丰富的有机碳组分和无机矿物组分,随着裂解温度升高,生物碳中有机组分的含碳量逐渐升高、极性减弱、芳香性增强,而无机矿物组分的相对含量则不断增加;当裂解温度从300℃升至400℃时,比表面积突然增大(0.16→110 m2·g-1)、微孔结构被打开,主要由于水稻秸秆中纤维素组分大量分解所致.水稻秸秆生物碳吸附有机污染物的主要介质为有机组分,等温吸附曲线符合Freundlich方程,回归参数N、logKf与生物碳的芳香性指数(H/C原子比)呈良好的线性关系;定量描述了分配作用和表面吸附作用的相对贡献.随碳化温度升高,等温吸附曲线由线性变为非线性,吸附机制从分配作用→分配作用+表面吸附作用→表面吸附作用;分配作用部分与有机污染物的logKow呈正相关,而表面吸附则与污染物的疏水性、分子尺寸及其与生物碳的极性匹配性有关.
      作者: 陈再明 [1] 陈宝梁 [2] 周丹丹 [3]
      作者单位: 浙江大学环境科学系,杭州,310058 浙江大学环境科学系,杭州310058;浙江省有机污染过程与控制重点实验室,杭州310058 浙江大学环境科学系,杭州310058;浙江省台州市环境科学设计研究院,台州318000
      刊 名: 环境科学学报 ISTICPKU
      年,卷(期): 2013, 33(1)
      分类号: X53
      在线出版日期: 2013年3月8日
      基金项目: 国家自然科学基金项目,浙江省自然科学基金杰出青年基金项目