【生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)負(fù)碳利用新技術(shù)研究與方案設(shè)計(jì)4200字（論文）】

生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)負(fù)碳利用新技術(shù)研究與方案設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u30076一、課題來源、目的、意義 17367二、國內(nèi)外研究現(xiàn)況及發(fā)展趨勢(shì) 23138（一）生物質(zhì)炭的制備對(duì)其固持作用的影響 22794（二）生物質(zhì)炭對(duì)重金屬污染的修復(fù)效果 328699三、預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、主要研究內(nèi)容、完成課題的方案及主要措施 4956（一）預(yù)期目標(biāo) 42865（二）關(guān)鍵技術(shù) 418933（三）研究內(nèi)容 431149（四）研究方案 59259四、課題研究進(jìn)度安排 516051五、主要參考文獻(xiàn) 5一、課題來源、目的、意義由于人類生產(chǎn)生活中廢棄物處理不當(dāng)，導(dǎo)致大量污染物被排放到環(huán)境中，其中土壤重金屬污染已成為限制土地開發(fā)利用的一大難題。根據(jù)中國2020年統(tǒng)計(jì)調(diào)查顯示，我國有16.1%的土壤已經(jīng)處于污染狀態(tài)，其中82.8%的污染與無機(jī)污染物（主要為重金屬污染）有關(guān)。目前眾多重金屬污染土壤的修復(fù)方法被提出，其中利用修復(fù)劑修復(fù)污染土壤可以實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)，避免了了異位修復(fù)對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)的破壞。眾多土壤修復(fù)劑被應(yīng)用于修復(fù)重金屬污染的土壤，但都不可避免的存在一定問題，如經(jīng)濟(jì)效益低，吸收效率差等。生物質(zhì)炭作為一種細(xì)粒度、高孔隙率的材料有著很好的應(yīng)用前景。生物質(zhì)炭來源簡(jiǎn)單，大量農(nóng)業(yè)廢棄作物如秸稈等材料都可以作為生物質(zhì)炭的原料，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)生物質(zhì)炭可以有效降低污染土壤中重金屬的有效性，避免重金屬轉(zhuǎn)移到作物中。但由于生物質(zhì)炭的性能受到多種因素的影響，導(dǎo)致不同類型、熱解方式生產(chǎn)的生物質(zhì)炭修復(fù)污染土壤的效果差異明顯。且生物質(zhì)炭吸附土壤中重金屬的機(jī)理尚不明確，這使得生物質(zhì)炭在實(shí)際應(yīng)用于修復(fù)重金屬污染土壤中仍存在諸多問題。因此本文在前人對(duì)生物質(zhì)炭固持土壤中重金屬研究的基礎(chǔ)上，希望通過滲濾實(shí)驗(yàn)對(duì)不同種類、熱解溫度下制備的生物質(zhì)炭的固持能力進(jìn)行比較，探究熱解參數(shù)對(duì)生物質(zhì)炭理化性能和吸附能力的影響。同時(shí)對(duì)吸附前后生物質(zhì)炭的組分結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，分析生物質(zhì)炭固持作用的機(jī)理。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)況及發(fā)展趨勢(shì)（一）生物質(zhì)炭的制備對(duì)其固持作用的影響由于制備生物炭通常采用的是熱解過程，不同的熱解方式、熱解溫度和保溫時(shí)間等因素也將直接影響到生物質(zhì)炭的性能。諸多因素影響使得生物質(zhì)炭的理化性能差異十分明顯。Sangani等人重點(diǎn)探究了生物質(zhì)炭粒徑對(duì)其理化性質(zhì)的影響，見圖1。實(shí)驗(yàn)中三種生物質(zhì)被分別篩分為四種粒徑，熱解后獲得了十二種不同的生物質(zhì)炭。實(shí)驗(yàn)研究了這十二種樣品的多種物理化學(xué)性能，綜合來看，生物質(zhì)炭的疏水性和孔隙平均直徑是受生物質(zhì)粒徑影響最大的兩個(gè)參數(shù)。生物質(zhì)炭的類型和粒徑之間的交互作用顯著，粒徑的變化將直接影響到最終生物質(zhì)炭的性能。且實(shí)驗(yàn)中三種生物質(zhì)均表現(xiàn)出了這一規(guī)律，生物質(zhì)炭的化學(xué)性質(zhì)更多由原料類型決定，而物理性質(zhì)則與粒徑大小聯(lián)系緊密。圖1探究不同粒徑對(duì)生物質(zhì)炭理化性能的影響目前，生物質(zhì)炭固持土壤中重金屬的主要作用機(jī)理推論有兩個(gè)。一是生物質(zhì)炭以靜電吸附、絡(luò)合、離子交換和物理化學(xué)沉淀的方式直接吸附住土壤中的重金屬。二是生物質(zhì)炭通過改變土壤的理化性質(zhì)，如影響土壤的pH值，礦物質(zhì)含量等因素來提高土壤顆粒本身對(duì)于重金屬的吸附作用，在兩者同時(shí)作用下降低重金屬的有效性。因此，不同的制備方式直接影響到生物質(zhì)炭的理化性質(zhì)，進(jìn)而間接決定了生物質(zhì)炭對(duì)重金屬的吸附固持效果。（二）生物質(zhì)炭對(duì)重金屬污染的修復(fù)效果Karami等人將綠色廢棄物堆肥和生物質(zhì)炭改良劑相混合用于改善受Cu和Pb污染的土壤。未作改良處理的土壤孔隙水中的鉛濃度非常高（>80mgL-1），而在加入改良劑后可以顯著降低孔隙水中銅和鉛的濃度。在種植周期內(nèi)，添加改良劑的作物枝條中的Cu和Pb元素也有顯著降低。同時(shí)綠色堆肥本身也可以促進(jìn)作物的產(chǎn)量，其與生物質(zhì)炭的組合可以在有效增加產(chǎn)量的同時(shí)減少作物中的重金屬含量，是一種簡(jiǎn)單有效的污染處理方式。這與Netherway等人的發(fā)現(xiàn)類似，富磷的生物質(zhì)炭可以顯著降低土壤中有效鉛的含量，使其在多數(shù)情況下以穩(wěn)定形式存在，不會(huì)擴(kuò)散或進(jìn)入作物中。這表明生物質(zhì)炭在修復(fù)重金屬污染土壤中存在巨大潛力。Zhan等人利用海泡石和生物質(zhì)炭來修復(fù)中國云南等地某鉛鋅礦周邊的污染農(nóng)田。其研究結(jié)果表明生物質(zhì)炭不僅可以固持土壤中的重金屬，其本身也可以增加土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)含量。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，玉米莖稈和籽粒中的Cd含量分別降低了26.7%和24.6%，根系中Pb含量降低了16.2%。將生物質(zhì)炭和其他土壤改良劑混合施用是目前土壤改良的一大思路?；煊每梢猿浞掷貌煌牧紕┑奶攸c(diǎn)，利用生物質(zhì)炭固持土壤中重金屬的同時(shí)增加土壤肥力和礦物質(zhì)含量，從而顯著提升修復(fù)效果。但可惜的是，Zhan等人在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然生物質(zhì)炭可以有效降低土壤中Cd和Pb元素的有效性，但似乎對(duì)于As并沒有很好的抑制作用，反而使得作物中As的含量有所上升。相似的結(jié)論也在Wang等人ADDINNE.Ref.{5FEFE873-603F-4B16-ACB9-86DA1CD24956}[36]的研究中被發(fā)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中生物質(zhì)炭的應(yīng)用促進(jìn)了水稻土中As的釋放，從而影響到農(nóng)作物。這也給生物質(zhì)炭的應(yīng)用敲響警鐘，不同生物質(zhì)炭在抑制重金屬元素的同時(shí)是否會(huì)增加其他重金屬的釋放，這一問題在實(shí)際應(yīng)用生物質(zhì)炭改良重金屬污染土壤的時(shí)候需要全方位考慮?？傮w而言，生物質(zhì)炭確實(shí)可以降低土壤中重金屬的有效性，但其固持機(jī)理尚無有完備的理論體系支持。且生物質(zhì)炭本身理化性質(zhì)差異十分大，且很容易受到原料類型、熱解工藝等因素的影響，甚至不同批次的生物質(zhì)在相同的制備流程下得到的生物質(zhì)炭性能也不盡相同，仍需要大量的實(shí)驗(yàn)研究來探尋規(guī)律。三、預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、主要研究內(nèi)容、完成課題的方案及主要措施（一）預(yù)期目標(biāo)本實(shí)驗(yàn)希望通過研究影響生物質(zhì)炭固持重金屬性能的因素及其作用機(jī)理，為后續(xù)應(yīng)用生物質(zhì)炭修復(fù)重金屬污染土壤提供一定參考。（二）關(guān)鍵技術(shù)生物質(zhì)熱解是指生物質(zhì)在缺氧環(huán)境下（即惰性環(huán)境）持續(xù)加熱至較高溫度所發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)和物理變化最終生成生物油、生物焦和氣體三相產(chǎn)物的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，包括化學(xué)鍵斷裂、異構(gòu)化、小分子聚合和官能團(tuán)重排等反應(yīng)[29]。根據(jù)升溫速率和停留時(shí)間，將熱解分為慢速熱解、快速熱解和閃速熱解。其中，慢速熱解的升溫速率較慢，小于1oC/min，停留時(shí)間較長，約數(shù)小時(shí)至數(shù)天；快速熱解的升溫速率較快，約10oC/min-200oC/min，停留時(shí)間較短，約0.5s-10s；閃速熱解的升溫速率極快，約1000oC/min-10000oC/min，停留時(shí)間極短，小于0.5s。慢速熱解產(chǎn)物以生物焦為主，快速熱解產(chǎn)物以生物油為主，閃速熱解產(chǎn)物以生物油和氣體為主。生物質(zhì)快速熱解由于原料適應(yīng)性強(qiáng)、反應(yīng)速率快、轉(zhuǎn)化率高、油收率高等優(yōu)點(diǎn)引起了世界各國的廣泛關(guān)注及學(xué)者的研究興趣，該技術(shù)自20世紀(jì)70年代末開始，發(fā)展十分迅速。（三）研究內(nèi)容（1）實(shí)驗(yàn)選取兩種生物質(zhì)（玉米秸稈和小麥秸稈）作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，讓其分別在400、600、800°C下熱解制備實(shí)驗(yàn)所需的生物質(zhì)炭。對(duì)生物質(zhì)炭進(jìn)行元素分析、電鏡掃描、紅外光譜、孔隙率等一系列測(cè)試，分析生物質(zhì)炭的組分和性能。了解不同情況下生物質(zhì)炭中C、H、O、N、S等元素的差異，觀察生物質(zhì)炭顆粒的形態(tài)和大小，比較孔隙率的差異。為后續(xù)分析生物質(zhì)炭固持作用的機(jī)理提供數(shù)據(jù)支撐。（2）然后選用重金屬Pb作為污染物代表，污染土壤后加入生物質(zhì)炭進(jìn)行滲濾實(shí)驗(yàn)，每天抽取滲濾液，利用發(fā)射光譜儀測(cè)試滲濾液中Pb2+的濃度。測(cè)試不同滲濾液對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。觀察不同的生物質(zhì)炭施用量（3%、6%、9%）情況下滲濾液中重金屬離子濃度的變化?？疾觳煌纳镔|(zhì)炭施用方式（充分混合、分層平鋪）對(duì)于固持作用的影響。（3）對(duì)比生物質(zhì)炭性能和滲濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析影響生物質(zhì)炭固持土壤中重金屬的因素，探究固持作用的機(jī)理，明確不同的施用方式對(duì)于修復(fù)重金屬污染土壤的影響，推動(dòng)實(shí)際應(yīng)用生物質(zhì)炭修復(fù)污染土壤的進(jìn)程。（四）研究方案本人已對(duì)能源與動(dòng)力方面的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了必要的補(bǔ)充，并且通過查閱文獻(xiàn)，對(duì)各種方法做了較為全面的了解，在此基礎(chǔ)之上能夠繼續(xù)深入研究。指導(dǎo)老師多年從事該領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作，積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)了歷屆的學(xué)生對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行深入地研究，取得了一定的成果。這為我的研究提供了充足的學(xué)術(shù)條件。四、課題研究進(jìn)度安排1、2021年10月14日—11月10日參加畢業(yè)論文動(dòng)員會(huì)、收集資料、確定選題、下達(dá)任務(wù)書；2、2021年11月11日—12月31日撰寫完成并上交任務(wù)書及開題報(bào)告；3、2022年1月1日－2月28日收集并整理完成論文寫作的參考資料，完善提綱，撰寫完成畢業(yè)論文初稿；4、2022年3月1日—3月31日論文修改，完成第二稿；5、2022年4月1日—4月20日論文修改，完成第三稿；6、2022年4月21日—4月30日完成論文定稿；7、2022年5月1日－5月20日完成畢業(yè)論文答辯；8、2022年5月25日前整理并提交經(jīng)審定的畢業(yè)論文檔案資料。五、主要參考文獻(xiàn)[1]KhalidS.,ShahidM.,NiaziN.K.,etal.Acomparisonoftechnologiesforremediationofheavymetalcontaminatedsoils[J].JournalofGeochemicalExploration,2017,182(PartB):247-268.[24]ChompoonutC.,KetklaoP.ReductionofHeavyMetalMovementinSoilContaminatedwithDieselUsingCorncob-Biochar.[J].EnvironmentAsia,2021,14(1):41-51.[3]陳能場(chǎng)，鄭煜基，何曉峰，等.《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》探析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017(9):1689-1692.[4]沈曉明，郭迪，吳圣楣.我國兒童鉛中毒的現(xiàn)狀(綜述)[J].臨床兒科雜志,1996(3):200-202.[5]劉丹丹.重金屬復(fù)合污染土壤原位化學(xué)穩(wěn)定化研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2010.[6]周文波，高東東，李明順.土壤重金屬污染修復(fù)綜述及土壤Pb污染固化修復(fù)對(duì)比研究[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2020(5):22-26.[7]吳迪，董彬，尉海東.土壤重金屬污染來源研究綜述[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2017(23):58-60.[8]于立紅，王鵬，于立河，等.地膜中重金屬對(duì)土壤-大豆系統(tǒng)污染的試驗(yàn)研究[J].水土保持通報(bào),2013(3):86-90.[9]郎家慶，王穎，劉順國.施肥對(duì)土壤重金屬污染的影響[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2014(8):3-4.[10]董家麟.土壤重金屬污染及修復(fù)技術(shù)綜述[J].節(jié)能與環(huán)保,2018(10):48-51.[11]溫馨，陳效民，郭碧林，等.生物質(zhì)炭添加對(duì)紅壤性水稻土重金屬有效性及土壤質(zhì)量的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2020(4):1183-1190.[12]趙熙君，冷雪梅，張旭輝，等.生物質(zhì)炭施用對(duì)重金屬污染水稻土有機(jī)碳礦化的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2020(3):468-476.[13]劉振剛，夏宇，孟芋含，等.生物質(zhì)炭材料修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展：修復(fù)機(jī)理及研究熱點(diǎn)分析[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2021(4):1140-1148.[14]吳琦，邵勤.施用生物質(zhì)炭對(duì)不同蔬菜生長發(fā)育及重金屬鎘污染吸收的影響[J].北方園藝,2021(9):1-7.[15]陳雪嬌，林啟美，肖弘揚(yáng)，等.改性油菜秸稈生物質(zhì)炭吸附/解吸Cd2+特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2019(18):220-227.[16]孫康，繆存標(biāo)，何躍.生物質(zhì)炭在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2017(4):66-74.[17]鞠天琛，於斯，李曉軍，等.低溫