MnOx負載生物炭對畜禽糞便有機肥中重金屬影響研究.pdf

1、食品安全一直是人們關注的熱點，人們逐漸意識到食品安全問題的重要性，飲食習慣上逐漸轉向污染相對較小的使用農家肥的有機食品。然而畜禽糞便如豬糞中的重金屬嚴重超標問題一直是阻礙畜禽糞肥農用的重要因素。生物炭是一種新型的環(huán)境多功能材料，對重金屬和有機污染物有良好的吸附性，同時在改善土壤肥力、溫室氣體排放和環(huán)境修復方面具有巨大的潛能。
　　本研究利用農業(yè)廢棄物水稻秸稈為生物質原料制備生物質炭，采用高錳酸鉀改性負載MnOx以提高稻稈生物炭對重

2、金屬的吸附效果。利用負載MnOx稻稈生物炭(50％MRBC)在水溶液中對Cu2+、Zn2+吸附性能研究，對改性前后和吸附實驗回收的生物炭樣品進行元素組成、SEM電鏡掃描和FTIR紅外掃描分析，探究其對Cu2+、Zn2+的吸附機理;通過盆栽實驗研究50％MRBC對豬糞有機肥重金屬污染土壤的修復效果及生物有效性影響，為實現(xiàn)豬糞有機肥資源化和無害化利用及降低其重金屬環(huán)境效應提供理論依據(jù)。本研究主要結論如下:
　　(1)水稻秸稈生物炭為生

3、物質原料，600℃缺氧熱解3h制備水稻秸稈生物炭(RBC)，采用KMnO4改性后制備50％MRBC，其對Cu2+、Zn2+去除率是RBC的4倍，準二級動力學方程能較好的擬合50％MRBC對Cu2+、Zn2+吸附結果，整個吸附過程由化學吸附速率控制，240min達到吸附平衡;吸附熱力學數(shù)據(jù)擬合更適Langmuir模型，Cu2+、Zn2+的飽和吸附量分別達107.53、96.15mg·g-1，且Cu2+、Zn2+解吸率較低;該吸附劑的最適p

4、H范圍是pH4.0～6.0，最適炭投加量為3.0g·L-1。
　　(2)50％MRBC表面被負載MnOx，其吸附機理為:Ⅰ）豐富的含氧官能團與金屬離子發(fā)生絡合作用形成穩(wěn)定的金屬離子絡合物;Ⅱ）無機礦物質在溶液中形成K+、Na+、Mg2+等與金屬離子發(fā)生離子交換作用;Ⅲ)秸稈中的纖維素、半纖維素熱解后形成的C-O-C基團能與金屬離子形成陽離子-π作用
　　(3)施用改性生物炭(50％MRBC)能降低豬糞有機肥污染土壤中的重金屬

5、含量，降低重金屬的生物有效性，施用改性生物炭后土壤的pH值和有機質含量提高。隨著生物炭添加比例的增加(1％、2.5％、5％)，對豬糞有機肥中重金屬的去除效率增大，土壤中Cu降低率分別達20.6％、28.2％和42.1％，Zn的降低率分別為15.3％、23.7％和31.8％;隨著MnOx負載生物炭添加比例的增加，可交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)和鐵錳氧化物結合態(tài)Cu向有機結合態(tài)和殘渣態(tài)Cu轉化;可交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)和鐵錳氧化物結合態(tài)Zn含量都顯著