玉米秸稈生物炭對水中殺撲磷的去除分析,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文

玉米秸稈生物炭對水中殺撲磷的去除分析,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文摘要：研究了玉米秸稈生物質(zhì)炭對水中殺撲磷的吸附去除,并討論了玉米秸稈生物質(zhì)炭投加量、pH值、吸附時(shí)間對去除效果的影響。確定了最佳吸附條件為20mL水樣中,玉米秸稈生物炭投加量為0.6g,pH值為6.5,吸附20min能有效去除水中的殺撲磷。結(jié)果表示清楚,玉米秸稈生物炭對水中殺撲磷農(nóng)藥具有較好的去除效果,去除率達(dá)91%。本文關(guān)鍵詞語：玉米秸稈;秸稈生物質(zhì)炭;殺撲磷;去除效果;氣相色譜;Abstract：Theadsorptionofmethidathiononthemaizestraw-biocharadsorbentwasstudied.Effectofabsorbingtime,pHandadsorbentdosewereinvestigatedonremovalofmalathion.Theexperimentalresultsshowedthatthetargetanalytescanberemoved,andtheconditionsasfollows:samplesolutionvolumewas20mL,theadsorbentdosagewas0.6g,thepHofwatersamplewasadjusted6.5,adsorptionequilibriumtimewas20min.Theresultsshowedthatmaizestrawbiocharhadgoodremovaleffectonmethidathioninwatersample,andtheremovalratewas91%.Keyword：maizestraw;straw-biochar;methidathion;removaleffect;GC;我們國家是農(nóng)作物種植大國,每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量很高,大約在7108t。但由于秸稈肥料化、飼料化、燃料化、基料化等綜合利用效率較低,大部分農(nóng)作物秸稈被棄置或者進(jìn)行燃燒。秸稈長期就地燃燒,燃燒后產(chǎn)生的草木灰會毀壞耕地的土壤營養(yǎng)成分構(gòu)造,進(jìn)而導(dǎo)致土壤抗旱抗凍能力大大減弱。大面積燃燒產(chǎn)生的氣體及粉塵也造成了環(huán)境污染,對道路、航空安全構(gòu)成了潛在危害。因而,探尋求索綜合利用農(nóng)作物秸稈新形式,對節(jié)約資源、農(nóng)民增收、環(huán)境改善具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。生物炭(Biochar)是一種化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定,且外表孔隙構(gòu)造多、官能團(tuán)豐富、比外表積較大,可作為土壤改進(jìn)劑[1],減施增效[2,3];可以代替活性炭對環(huán)境中獸藥殘留[4,5]、重金屬[6,7]、有機(jī)污染物[8,9]等起到較好的吸附作用,因而研究低成本的吸附材料并廣泛地應(yīng)用在環(huán)境污染治理領(lǐng)域具有重要意義。殺撲磷是一種有效的殺介殼蟲藥劑,但由于其高毒性2021年8月22日發(fā)布第2289號公告,自2021年10月1日起禁止殺撲磷在柑橘樹上使用,但由于其對殺介殼蟲的特效性,近年來仍有不合理的使用現(xiàn)象,同時(shí)對環(huán)境水體造成了嚴(yán)重威脅,引起了社會各界的廣泛關(guān)注,因而建立準(zhǔn)確、可靠的定性和定量分析方式方法非常必要[10]。當(dāng)前,農(nóng)藥殘留檢測方式方法主要有毛細(xì)管電泳法[11]、液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法[12]、氣相色譜法[13,14]和氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法[15]等,華而不實(shí)GC法是應(yīng)用最廣泛的一種分析方式方法,試驗(yàn)采用GC法結(jié)合玉米秸稈生物炭作為吸附劑的樣品前處理技術(shù),考察了玉米秸稈生物炭用量、樣品溶液pH值、振蕩時(shí)間對水中殺撲磷去除率的影響,建立環(huán)境水樣中殺撲磷的去除方式方法,為玉米秸稈綜合利用提供一種新途徑。1、材料與方式方法1.1、儀器與試劑GC-2018型氣相色譜色譜儀,日本島津公司產(chǎn)品;JSM-5600LV型掃描電鏡,日本電子光學(xué)公司產(chǎn)品;HR/T20MM型立式高速冷凍離心機(jī),湖南赫西儀器裝備有限公司產(chǎn)品;MTN-2800D型氮吹濃縮儀,奧特賽恩斯產(chǎn)品;Vortex-Genie2型渦旋振蕩儀,美國ScientificIndustries產(chǎn)品;DS113T型超聲波清洗機(jī),上海興全電力技術(shù)有公司產(chǎn)品;1086型電熱恒溫水浴鍋,上海精致細(xì)密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。玉米秸稈生物炭,沈陽隆泰生物工程有限公司提供;甲醇中殺撲磷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1000g/mL,(GBW(E)083165),于4℃下冷藏保存。甲醇、乙腈、丙酮(色譜純),阿拉丁化學(xué)試劑公司提供;硝酸(優(yōu)級純),國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。1.2、氣相色譜條件DB-1701型彈性石英毛細(xì)管柱(30m250m0.25載氣:氮?dú)?純度99.999%);柱溫升溫程序:由70℃保持2min,以15℃/min速率升至160℃,保持1min,以10℃/min速率升至210℃,保持3min,以10℃/min速率升至270℃,保持7min;進(jìn)樣器溫度230℃,檢測器溫度290℃,進(jìn)樣器形式為不分流進(jìn)樣,進(jìn)樣量1L。殺撲磷標(biāo)準(zhǔn)溶液氣相色譜圖見圖1。圖1殺撲磷標(biāo)準(zhǔn)溶液氣相色譜圖1.3、試驗(yàn)方式方法量取20.0mL水樣放入50mL的燒杯中,調(diào)節(jié)樣品溶液pH值為6.5,向燒杯中參加0.6g玉米秸稈生物質(zhì)炭,搖床緩慢振蕩20min過濾,向?yàn)V液參加3～5g氯化鈉,10mL乙腈,渦旋2min,分層后取上層溶液5mL,在40℃下氮?dú)獯蹈?1mL丙酮復(fù)溶,過0.22m微孔濾膜,待氣相色譜分析。1.4、去除率的測定比照玉米秸稈炭處理樣品前后殺撲磷的質(zhì)量濃度,計(jì)算去除率。式中:C0未經(jīng)玉米秸稈炭處理的樣品溶液中農(nóng)藥質(zhì)量濃度,g/mL;Ct玉米秸稈炭處理后的樣品溶液中農(nóng)藥質(zhì)量濃度,g/mL。1.5、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制標(biāo)準(zhǔn)儲備液:準(zhǔn)確量取殺撲磷標(biāo)準(zhǔn)溶液10L,用丙酮做溶劑稀釋至100mL,制得100g/L殺撲磷標(biāo)準(zhǔn)儲備液,貯藏在-18℃下面冰箱中,使用時(shí)稀釋配制成所需的標(biāo)準(zhǔn)工作液。1.6、加標(biāo)樣品的制備取標(biāo)準(zhǔn)儲備液100L,用陰性水樣品稀釋定容100mL,制得0.1g/L殺撲磷加標(biāo)樣品。2、結(jié)果與分析2.1、殺撲磷線性范圍分別配置質(zhì)量濃度為0.1,0.5,1.0,5.0,10.0,50.0,100.0,500.0,1000.0g/mL殺撲磷標(biāo)準(zhǔn)溶液,按最優(yōu)儀器條件分析,以殺撲磷的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、儀器響應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo),擬合殺撲磷質(zhì)量濃度-峰面積線性曲線,確定殺撲磷的線性范圍為10～1000g/mL,線性回歸方程:Y=29356.2451+1249.35X,R2為0.9965。2.2、吸附用量的選擇玉米秸稈生物炭的用量是決定農(nóng)藥去除率的關(guān)鍵因素,用量少不能有效去除,用量多與樣品不易分離,導(dǎo)致結(jié)果準(zhǔn)確率下降。試驗(yàn)考察了0.2,0.4,0.6,0.8,1.0g玉米秸稈生物炭對試驗(yàn)結(jié)果的影響。吸附劑用量對殺撲磷去除率的影響見圖2。圖2吸附劑用量對殺撲磷去除率的影響隨著玉米秸稈炭用量的增加,水樣中殺撲磷的濃度逐步降低,這是由于隨著玉米秸稈炭用量的增加,吸附目的化合物的點(diǎn)位增加,被吸附在玉米秸稈炭的殺撲磷量逐步增加,玉米秸稈炭最佳用量選為0.6g。2.3、pH值的選擇玉米秸稈在炭化經(jīng)過中外表生成羥基、羧基官能團(tuán),這些官能團(tuán)受外界酸堿性不同,而又不同程度地解離,影響玉米秸稈炭吸附目的化合物的作用力,因而考察樣品溶液的pH值非常必要[16,17]。因殺撲磷在弱酸或中性性條件下較為穩(wěn)定,在強(qiáng)酸性下不易吸附,因而試驗(yàn)考察pH值為5.5,6.0,6.5,7.0,7.5時(shí)對殺撲磷去除率的影響。樣品溶液pH值對殺撲磷去除率的影響見圖3。圖3樣品溶液pH值對殺撲磷去除率的影響結(jié)果表示清楚,樣品溶液pH值為6.5時(shí)樣品溶液中殺撲磷的去除率最大,因而選擇樣品溶液的pH值為6.5。2.4、振蕩時(shí)間的選擇振蕩時(shí)間決定玉米秸稈生物炭對樣品中殺撲磷作用的時(shí)間,作用時(shí)間長,吸附降解時(shí)間長,去除率高,應(yīng)在到達(dá)去除水樣中殺撲磷的前提下,選擇最短的振蕩時(shí)間,進(jìn)而提高試驗(yàn)效率。取5支100mL三角瓶,分別參加20mL加標(biāo)樣品溶液,調(diào)節(jié)溶液pH值為6.5,參加0.6g玉米秸稈生物碳質(zhì),于室溫下振蕩5,10,15,20,25,30min后取出過濾。振蕩時(shí)間對殺撲磷去除率的影響見圖4。圖4振蕩時(shí)間對殺撲磷去除率的影響隨著振蕩時(shí)間的增加,玉米秸稈生物炭與水樣中殺撲磷作用時(shí)間長,去除率逐步增大,當(dāng)增加到20min時(shí),水樣中殺撲磷去除率最大,繼續(xù)增加振蕩時(shí)間,殺撲磷變化不大,因而振蕩時(shí)間選擇20min。3、結(jié)論在20mL水樣中參加0.6g玉米秸稈生物炭,調(diào)節(jié)水樣pH值為6.5,緩慢振蕩20min,樣品經(jīng)乙腈提取,測定殺撲磷的去除率為91%。玉米秸稈生物炭對水中殺撲磷具有良好的去除率,為秸稈生物質(zhì)炭去除環(huán)境水中有機(jī)污染物提供了根據(jù)。以下為參考文獻(xiàn)[1]胡政權(quán),金敏,袁朗月,等.生物炭土壤改進(jìn)劑特性與應(yīng)用[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2021(S2):13-16.[2]李嫚,張忠良,劉東平,等.生物炭肥對辣椒生長及根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響[J].中國蔬菜,2022(2):53-58.[3]包立,劉惠見,鄧洪,等.玉米秸稈生物炭對滇池流域大棚土壤磷素利用和小白菜生長的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2021:815-824.[4]鄭存住,王芳,李佳釗,等.生物炭摻混肥對農(nóng)田土壤鎘砷的鈍化與減施增效研究[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2021(6):806-812.[5]譚珍珍,張學(xué)楊,駱俊鵬,等.玉米秸稈生物炭吸附諾氟沙星的影響因素[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2021(6):2401-2407.[6]王代懿,張豐松,潘娟,等.水稻秸稈生物炭對雄烯二酮在土壤中吸附與降解行為的影響[J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