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1、生物碳吸附去除溶液中的阿特拉津Adsorptiveremovalofatrazinefromaqueoussolutionbyvarioustypesofbiochars作者姓名：AlbertoBentoCharrua專業(yè)名稱：環(huán)境工程研究方向：環(huán)境生物技術(shù)指導教師：劉娜教授學位類別：工學碩士答辯日期：2015年5月28日摘要摘要生物碳吸附去除溶液中的阿特拉津如今化學藥品在農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、動物保護以及其他領域的廣泛應用所產(chǎn)生的環(huán)境問題已經(jīng)引起了全世界的關(guān)注。阿特拉津（2-氯-4-乙胺基-6-異丙胺-均三嗪）是一種除草劑，因其能夠有效控制闊葉類雜草的生長而被廣泛

2、應用于農(nóng)業(yè)中，如咖啡、甘蔗、香蕉、大豆、玉米、小麥、高粱、菠蘿等作物的生產(chǎn)中。阿特拉津難溶于水，但在某些特定的環(huán)境條件下具有高遷移性，所以殘留在土壤中的阿特拉津易通過徑流作用進入地表受納水體；也可通過淋濾作用遷移至土壤深層，甚至污染地下水源。農(nóng)業(yè)中使用的阿特拉津通過徑流和沉降作用間接污染了收納水體（地表水和地下水），含有高濃度阿特拉津的地表水或地下水會引發(fā)許多環(huán)境問題，人類健康（生長發(fā)育、癌癥以及生殖器官的損害）、水生生物（雌性化）、植物生長等都會受到影響。尋找從被污染的水體和土壤中去除阿特拉津的方法已經(jīng)引起了許多科研工作者的注意。生物碳作為一種可供選擇的

3、阿特拉津去除劑而被廣泛使用。生物碳是一種在缺氧條件下，熱解生物量而獲得的多孔性材料，現(xiàn)已廣泛用于土壤和水體污染物的去除。論文首先利用大豆桿(soybeans，SBB)、玉米桿(cornstalks，CSB)、水稻桿(ricestalks，RSB)、家禽糞便(poultrymanure，PMB)、牛糞(cattlemanure，CMB)、豬糞(pigmanure，PgMB)作為原材料來制備生物碳，并對六種生物碳的理化性質(zhì)進行研究（元素組成、表面形態(tài)結(jié)構(gòu)、表面官能團、比表面積、平均孔徑、總孔隙體積等）。通過批次實驗來研究不同材質(zhì)的生物碳在不同環(huán)境條件下（阿特拉

4、津初始濃度、吸附劑含量、溫度、pH）對阿特拉津的吸附量效果的影響。其次做了六種不同材質(zhì)的生物碳對阿特拉津吸附等溫線和吸附動力學的研究。最后選出對一種對阿特拉津吸附效果最好的生物碳，利用響應曲面法進行最優(yōu)化研究。通過上述研究，得出以下結(jié)論：（1）六種不同材質(zhì)生物碳的吸附容量都隨著阿特拉津初始濃度、吸附劑含量以及溫度的增加而增加。阿特拉津在酸性或堿性溶液中均有很好的去除效果。但是由于吸附和水解的雙重作用，相對于酸性溶液而言，阿特拉津在堿性溶液中的去除率更高。設置不同的初始的pH值（4.5-11），隨著試驗的進行溶液的pHI摘要值最終都會趨于堿性（8.17-9.

5、33）。（2）弗羅因德利希等溫線（Freundlichisothermadsorption）的吸附參數(shù)顯示，六種不同類型生物碳的吸附容量比較如下：SBB>RSB>CMB>CSB>PMB>PgMB。基于阿特拉津吸附容量的所有參數(shù)顯示：SBB比其他五種類型生物碳能3夠更好的吸附阿特拉津。六種生物碳的總孔隙體積介于0.05cm/g（PgMB和PMB）3與0.19cm/g（SBB）之間。SBB擁有更多的孔隙，且微孔占總孔隙體積的12.5%。生物碳的總孔隙體積和pH在生物碳的吸附容量方面十分重要，而且他們可能對物理吸附機制（生物碳的活化能小于42kJ/mol）在整體

6、吸附過程中占支配地位做出貢獻。（3）通過對比假一級動力學，假二級動力學，耶諾維奇（Elovich）和內(nèi)部顆粒擴散模型（Intraparticlediffusionmodel，IPD）以及改進弗羅因德利希（Freundlich）模型的吸附動力學，得出生物碳對阿特拉津的吸附過程更符合改進的弗羅因德利希模型和顆粒內(nèi)部擴散模型。(4)利用響應曲面法最優(yōu)化研究得出最適操作條件為pH6.67、SBB含量為o7.75g/L、32C，此時的吸附去除率為92.18%。此外，對于模型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)在95%的可信度條件下分析發(fā)現(xiàn)，獨立變量對于吸附過程會產(chǎn)生有效影響（pH、吸附劑含量

7、、阿特拉津初始濃度、溫度的P值分別為0.005、0.000、0.000和0.000）。吸附劑含量（P=0.009）以及初始pH與初始濃度之間的相互作用（P=0.034）會對吸附過程產(chǎn)生方塊效應。相關(guān)系數(shù)接近于1，修正的擬合值F=169.660和在統(tǒng)計上具有顯著意義的P=0.000顯示二次式模型對于數(shù)據(jù)的擬合是有意義的。生物碳（SBB）可以作為一種既經(jīng)濟又高效的污染物吸附劑，為今后修復被阿特拉津污染的水和生態(tài)系統(tǒng)提供了吸附材料和技術(shù)支持。關(guān)鍵詞：生物碳，阿特拉津，吸附作用，殺蟲劑，最優(yōu)化IIAbstractAbstractAdsorptiveremovalo

8、fatrazinefromaqueoussolutionbyvar