生物質(zhì)炭吸附—催化去除水中典型有機污染物的研究開題報告

1、.本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題 目： 生物質(zhì)炭吸附催化去除 水中典型有機污染物的研究 學 院： 河 海 學 院 專 業(yè)： 環(huán) 境 科 學 學生姓名： 詩 文 學 號： 631303070116 指導教師： 陳 晴 空 一、選題背景隨著工業(yè)的發(fā)展，人工合成的有機物越來越多，目前已知的有機物種類約有700萬種之多，其中人工合成的有機物種類達10萬種以上，且以每年2000種的速度遞增。隨著人們各種活動，它們以各種不同途徑進入水體，這些有機污染物之所以對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴重的威脅，相當程度上是由于其中一部分在環(huán)境中的持久性、可積累性和慢性毒性。本設計選用廉價的生物材料，經(jīng)物理、化學方法改性和

2、高溫下制成生物質(zhì)炭。利用生物質(zhì)炭的吸附和催化能力，去除水體有機污染。本設計主要工作是制備一種生物質(zhì)炭，并利用生物質(zhì)炭催化過硫酸鹽去除水中的典型有機物。主要研究內(nèi)容包括：1、生物質(zhì)炭的制??；2、生物質(zhì)炭吸附催化氧化體系對幾種典型污染物的去除；3、有機物在被氧化過程中的變化；4、生物質(zhì)炭的變化。本設計對專業(yè)知識和技能要求較高，需要掌握以下技能：1、科研文獻的基本閱讀與分析技能；2、材料的合成與基本表征技能；3、有機物的基本測試技能；4、光譜等現(xiàn)代儀器的使用技能?？傮w來說，本設計難度較大，訓練強度較高。二、國內(nèi)外現(xiàn)狀綜合國內(nèi)外生物質(zhì)炭利用現(xiàn)狀，可以分為以下幾點：1.生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)領域的應用當今大量農(nóng)

3、田存在著長期過量使用化肥和高強度生產(chǎn)的風險，導致了大批優(yōu)良農(nóng)田土壤板結(jié)、土壤肥力下降等一系列生態(tài)、環(huán)境問題，給糧食安全和農(nóng)業(yè)的循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)領域的應用，主要有2種形式，一是將生物質(zhì)炭作為改良劑直接還田，二是將生物質(zhì)炭作為肥料的載體。1.1生物質(zhì)炭直接還田改良土壤生物質(zhì)炭作為土壤改良劑直接施入土壤。有學者將制備的花生殼生物質(zhì)炭用于酸性紅壤和黃棕壤的改良，施加生物質(zhì)炭可分別使紅壤和黃棕壤的pH值提高0.61和0.55，效果明顯且穩(wěn)定。殷大偉等將花生殼生物質(zhì)炭施入土壤，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭能夠改善土壤孔隙結(jié)構(gòu),增加土壤含水率，并能夠增加土壤中的養(yǎng)分。絕大部分生物質(zhì)炭呈堿性，可

4、以有效提高土壤的堿基飽和度，消耗酸性土壤的質(zhì)子以提高pH值，改良土壤養(yǎng)分。Chan等試驗研究表明，在低緯度地區(qū)，每1hm2農(nóng)田土壤施用20t以上的生物質(zhì)炭可減少10%的肥料施用量。張雯等在土壤中施入20t/hm2的木炭生物質(zhì)炭，土壤陽離子交換量值增大。因此，生物質(zhì)炭的增產(chǎn)作用及適宜用量需視農(nóng)田作物類型、土壤類型和性質(zhì)等復雜因素制約，生物質(zhì)炭的作物學效應不能一概而論。1.2生物質(zhì)炭作為肥料載體的應用雖然生物質(zhì)炭直接炭化還田可以實現(xiàn)土壤地力的提高和一定程度上農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)，但是生物質(zhì)炭本身可被作物利用的養(yǎng)分含量較少，如果單純以生物質(zhì)炭來替代化學肥料存在一定難度。研究表明,生物質(zhì)炭配合肥料施用可明顯改善

5、作物肥效。2.生物質(zhì)炭在環(huán)境領域的應用。在保證經(jīng)濟發(fā)展不減速的同時又能滿足環(huán)保、低碳、可持續(xù)的發(fā)展要求，成為世界各國面臨的重大挑戰(zhàn)，而生物質(zhì)炭作為一種更加綠色、環(huán)保的技術(shù)措施，在解決上述問題中將發(fā)揮著重要作用。2.1土壤污染治理利用利用生物質(zhì)炭的吸附性吸附土壤中的重金屬離子及有毒有害離子，從而改良土壤的特性，防止植物遭受毒害，促進植株正常生長。崔立強等通過田間試驗，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭施用可以增強土壤重金屬的固持作用，能顯著降低土壤中重金屬的有效性，減少農(nóng)作物對重金屬的吸收。生物質(zhì)炭由于具有多孔隙、比表面積大等結(jié)構(gòu)特征，對農(nóng)藥除草劑等有機污染物有較強的吸附和固定效果，還可以增強土壤中微生物的活性，從而

6、利用微生物活動來促進土壤中的污染物更快降解或失活。研究發(fā)現(xiàn)，在種植韭菜的土壤中施用生物質(zhì)炭后，雖然氟蟲腈和毒死蜱2種農(nóng)藥的殘留率較高，但韭菜對農(nóng)藥的吸收顯著降低。2.2水污染治理生物質(zhì)炭對于處理污水、凈化和改善水質(zhì)等方面也有一定效果。生物質(zhì)炭吸附重金屬方面，王亞非等以污水廠污泥制成生物質(zhì)炭,研究表明隨著污泥生物質(zhì)炭pH的升高對水中Cd2+的吸附量也會相應增加,從而起到凈化水質(zhì)作用。王震宇等研究了不同熱解溫度生物質(zhì)炭對 Cd() 的吸附特性，發(fā)現(xiàn)隨溶液 pH 的升高( 2. 06. 0) ，生物質(zhì)炭對Cd() 的吸附量逐漸增加。Arvelakis等（2010）研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭對汞離子的吸附能力優(yōu)

7、于商業(yè)煤基活性炭。Uchimiya等（2011）用不同溫度生產(chǎn)的生物質(zhì)炭對水中和土壤中的Cd2+、Cu2+、Ni2+和Pb2+作了研究，發(fā)現(xiàn)隨著生物質(zhì)炭的pH升高，它對重金屬離子的吸附和固定加強。Liu和Zhang（2009）用松樹和米糠生產(chǎn)的生物質(zhì)炭來研究生物質(zhì)炭對水中Pb2+吸附，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭表面大量的含氧基團對Pb2+有較強的吸附效應。生物質(zhì)炭去除水體有機污染物方面，郎印海等研究了生物質(zhì)炭對水中五氯酚的吸附性能研究，周琦等研究了生物質(zhì)炭對水環(huán)境中菲的去除。綜上所述，生物質(zhì)炭在環(huán)境領域被廣泛應用于固碳減排、污染治理、水體凈化等多個方面。作為一種綠色、可再生的資源，生物質(zhì)炭的應用更加適應新時

8、期低碳經(jīng)濟發(fā)展模式，對環(huán)境與資源的循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。3生物質(zhì)炭在新能源領域的應用。生物質(zhì)能是未來能源的重要來源，開發(fā)潛力極大。雖然生物質(zhì)本身可直接作為燃料使用，但其能量密度低、含水量高等缺點，限制了其直接使用的可行性。若將生物質(zhì)熱解為生物質(zhì)炭后再作為燃料使用，既可避免生物質(zhì)直接使用的缺點，也可以緩解能源危機。吳琪琳等將板栗殼在高溫下進行熱解，得到的生物質(zhì)炭熱值為3035MJ/kg，達到了國家一級精煤的標準。不僅如此，生物質(zhì)在熱解生成生物質(zhì)炭的過程中還會產(chǎn)生合成氣及生物油，合成氣和生物油經(jīng)過深加工又可得到氫氣、生物柴油及工業(yè)化學品，其應用范圍十分廣闊。3、 主要內(nèi)容本設計是生物質(zhì)炭在

9、水污染處理方面的應用探索，主要工作是制備一種生物質(zhì)炭，并利用生物質(zhì)炭催化過硫酸鹽去除水中的典型有機物。實驗初期根據(jù)所查閱的文獻，選定材料和制備條件制備一種生物質(zhì)炭以及擬定幾種典型水體有機污染物。根據(jù)過硫酸鹽反應機理，將植被好的生物質(zhì)炭作為催化劑和載體進行添加，促進水體有機污染物分解。實驗過程中充分閱讀相關科研文獻并分析同時對有機物的反應狀況進行基本測試，熟練使用光譜等現(xiàn)代儀器。實驗過程可能遇到的重點問題在于生物質(zhì)炭對于過硫酸鹽氧化反應的催化作用的有效性是否符合實驗預期以及記錄實驗過程中典型有機物被氧化過程中的變化并進行分析。四、實施方案與進度計劃4.10-4.15 制定實驗方案，選定材料和實驗

10、試劑4.17-4.21 制備生物質(zhì)炭并初步實驗4.24-4.28 糾正初步試驗的不足并加以改進，再次進行實驗5.4-5.5 匯總分析數(shù)據(jù)，完成實驗小結(jié)五、主要參考文獻1-10參考文獻 1何選明, 馮東征, 敖福祿, 等. 生物炭的特性及其應用研究進展J. 燃料與化工, 2015(04):1-3. 2季雪琴, 孔雪瑩, 鐘作浩, 等. 秸稈生物炭對疏水有機污染物的吸附研究綜述J. 浙江農(nóng)業(yè)科學, 2015(09):1477-1480. 3郎印海, 劉偉, 王慧. 生物炭對水中五氯酚的吸附性能研究J. 中國環(huán)境科學, 2014(08):2017-2023. 4呂豪豪, 劉玉學, 楊生茂. 生物質(zhì)炭化技術(shù)及其在農(nóng)林廢棄物資源化利用中的應用J. 浙江農(nóng)業(yè)科學, 2015(01):19-22. 5孟軍, 陳溫福. 中國生物炭研究及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢J. 沈陽農(nóng)業(yè)大學學報(社會科學版), 2013(01):1-5. 6王向前, 胡學玉, 陳窈君, 等. 生物炭及改性生物炭對水環(huán)境中重金屬的吸附固定作用J. 環(huán)境工程, 2016(12):32-37. 7王艷陽, 魏永霞. 基于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的生物炭價值述評J. 水利天地, 2015(04):7-11. 8王震宇, 劉國成, Xing Monica, 等. 不同熱解溫度生物炭對Cd()的吸附特性J. 環(huán)