生物质炭吸附—催化去除水中典型有机污染物的研究开题报告.pdf

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本科毕业设计（论文）

开题报告

题目：生物质炭吸附—催化去除

水中典型有机污染物的研究

学院：河海学院

专业：环境科学

学生姓名：诗文

学号：631303070116

指导教师：陈晴空

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一、选题背景
随着工业的发展，人工合成的有机物越来越多，目前已知的有机物种类约有700
万种之多，其中人工合成的有机物种类达10万种以上，且以每年2000种的速度递增。
随着人们各种活动，它们以各种不同途径进入水体，这些有机污染物之所以对生态环
境和人类健康构成严重的威胁，相当程度上是由于其中一部分在环境中的持久性、可
积累性和慢性毒性。
本设计选用廉价的生物材料，经物理、化学方法改性和高温下制成生物质炭。利
用生物质炭的吸附和催化能力，去除水体有机污染。
本设计主要工作是制备一种生物质炭，并利用生物质炭催化过硫酸盐去除水中的
典型有机物。主要研究内容包括：1、生物质炭的制取；2、生物质炭吸附—催化氧化
体系对几种典型污染物的去除；3、有机物在被氧化过程中的变化；4、生物质炭的变
化。本设计对专业知识和技能要求较高，需要掌握以下技能：1、科研文献的基本阅读
与分析技能；2、材料的合成与基本表征技能；3、有机物的基本测试技能；4、光谱等
现代仪器的使用技能。总体来说，本设计难度较大，训练强度较高。

二、国内外现状
综合国内外生物质炭利用现状，可以分为以下几点：
1.生物质炭在农业领域的应用
当今大量农田存在着长期过量使用化肥和高强度生产的风险，导致了大批优良农
田土壤板结、土壤肥力下降等一系列生态、环境问题，给粮食安全和农业的循环、可
持续发展带来了严峻挑战。生物质炭在农业领域的应用，主要有2种形式，一是将生

物质炭作为改良剂直接还田，二是将生物质炭作为肥料的载体。
1.1生物质炭直接还田改良土壤
生物质炭作为土壤改良剂直接施入土壤。有学者将制备的花生壳生物质炭用于酸
性红壤和黄棕壤的改良，施加生物质炭可分别使红壤和黄棕壤的pH值提高0.61和
0.55，效果明显且稳定。殷大伟等将花生壳生物质炭施入土壤，发现生物质炭能够改
善土壤孔隙结构,增加土壤含水率，并能够增加土壤中的养分。绝大部分生物质炭呈碱
性，可以有效提高土壤的碱基饱和度，消耗酸性土壤的质子以提高pH值，改良土壤养

分。Chan等试验研究表明，在低纬度地区，每1hm2农田土壤施用20t以上的生物质炭

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可减少10%的肥料施用量。张雯等在土壤中施入20t/hm2的木炭生物质炭，土壤阳离子
交换量值增大。因此，生物质炭的增产作用及适宜用量需视农田作物类型、土壤类型
和性质等复杂因素制约，生物质炭的作物学效应不能一概而论。
1.2生物质炭作为肥料载体的应用
虽然生物质炭直接炭化还田可以实现土壤地力的提高和一定程度上农业的增产，
但是生物质炭本身可被作物利用的养分含量较少，如果单纯以生物质炭来替代化学肥

料存在一定难度。研究表明,生物质炭配合肥料施用可明显改善作物肥效。
2.生物质炭在环境领域的应用。
在保证经济发展不减速的同时又能满足环保、低碳、可持续的发展要求，成为世
界各国面临的重大挑战，而生物质炭作为一种更加绿色、环保的技术措施，在解决上
述问题中将发挥着重要作用。
2.1土壤污染治理利用
利用生物质炭的吸附性吸附土壤中的重金属离子及有毒有害离子，从而改良土壤
的特性，防止植物遭受毒害，促进植株正常生长。崔立强等通过田间试验，发现生物
质炭施用可以增强土壤重金属的固持作用，能显著降低土壤中重金属的有效性，减少
农作物对重金属的吸收。生物质炭由于具有多孔隙、比表面积大等结构特征，对农药
除草剂等有机污染物有较强的吸附和固定效果，还可以增强土壤中微生物的活性，从
而利用微生物活动来促进土壤中的污染物更快降解或失活。研究发现，在种植韭菜的
土壤中施用生物质炭后，虽然氟虫腈和毒死蜱2种农药的残留率较高，但韭菜对农药
的吸收显著降低。
2.2水污染治理
生物质炭对于处理污水、净化和改善水质等方面也有一定效果。生物质炭吸附重
金属方面，王亚非等以污水厂污泥制成生物质炭,研究表明随着污泥生物质炭pH的升
高对水中Cd2+的吸附量也会相应增加,从而起到净化水质作用。王震宇等研究了不同
热解温度生物质炭对Cd(Ⅱ)的吸附特性，发现随溶液pH的升高(2.0～6.0)，
生物质炭对Cd(Ⅱ)的吸附量逐渐增加。Arvelakis等（2010）研究发现生物质炭对汞
离子的吸附能力优于商业煤基活性炭。Uchimiya等（2011）用不同温度生产的生物质
炭对水中和土壤中的Cd2+、Cu2+、Ni2+和Pb2+作了研究，发现随着生物质炭的pH升
高，它对重金属离子的吸附和固定加强。Liu