不同来源的生物炭的制备及其对典型污染物的吸附性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.1研究背景：

生物炭(biochar)是一种作为土壤改良剂的木炭，能帮助植物生长，可应用于农业用途以及碳收集及储存使用，有别于一般用于燃料之传统木炭。生物炭跟一般的木炭一样是生物质能原料经热裂解之后的产物，其主要的成分是碳分子。因为对亚马逊黑土的研究，让科学家开始对生物炭发生兴趣。在日本，在农业上使用生物炭也有长久的历史。此外，使用生物炭，可以增加20%的农业生产力、净化水质，并有助于减少化学肥料的使用。

生物炭具有疏松多孔的性质以及巨大的表面积和阳离子交换量，对环境中污染物的迁移转化具有重大的影响。与其它碳质材料（如碳纳米材料等）相比，生物炭生产成本低，近年来作为土壤改良剂、肥料缓释载体及碳封存剂备受重视。随着土壤污染的逐渐加重，生物炭对污染土壤修复表现出的巨大潜力引起人们的广泛关注。然而，不同来源、不同加工方式制备的生物炭具有不同的理化性质，对污染物的吸附过程具有重要影响。此外，生物炭中的可溶性黑炭组分在吸附过程中的作用日益受到关注。而目前关于不同制备过程的生物炭中可溶性黑炭对吸附作用的影响并未得到系统研究。

2. 研究内容和预期目标

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、生物炭的来源、制备和应用

2、影响生物炭吸附性能的主要理化性质及其表征方法（如孔隙度和比表面积，元素组成，表面官能团，有机碳、芳香性官能团、矿物等）

3. 研究的方法与步骤

生物炭的多种优良性能使其在环境污染修复中有巨大的应用潜力.对于目前资源减少和废弃物增多的现象而言，生物炭可以成为部分废弃物最终处理和处置的出路。随着科学技术的发展，不断地有高科技产品的出现会给生物炭的制备带来新技术，因此利用现代化工艺制备高质量的生物炭，增加农业废弃物的利用，减少资源的浪费。

在生物炭的研究制备中，要充分考虑原料和热解温度的影响.不同原料和温度制备出的生物炭类型不同，使用效果不同，不同热解技术制备出的生物炭结构和性能也有不同.因此要合理根据制备要求，控制实验条件，高效地制备出优良的生物炭：将原状农作物废料烘干、粉碎，按照一定固液比浸渍于一定浓度的活化剂溶液中一段时间后，再置于箱式电阻炉中使之活化炭化。所得样品稍作冷却处理后，经洗涤再烘干至恒重后，研磨、过筛既得生物炭。对于不同来源的生物炭，可以通过不同的温度进行裂解，然后根据不同的裂解温度和不同的活化方式对其进行研究，包括直接炭化，co₂活化和koh活化等方法。

在生物炭的使用过程中，要充分考虑施用生物炭的种类、用量等.土壤的理化性质不同，决定着土壤的修复方法不同，要根据具体情况制定出合理的修复方案。在生物炭的制 备过程中，生物炭会因热解残留少量的有毒物质(如重金属、二恶英和多环芳烃等),生物炭的稳定性高，可以在土壤中长期存在,有毒物质一旦进人土壤会对土壤造成二次污染.要充分考虑施用生物炭后可能对土壤带来的负面作用，及时进行风险评估。

4. 参考文献

[1] yousaf, b.; liu, g.; abbas, q.; ullah, h.; wang, r.; zia-ur-rehman, m.; amina; niu, z. comparative effects of biochar-nanosheets and conventional organic-amendments on health risks abatement of potentially toxic elements via consumption of wheat grown on industrially contaminated-soil. chemosphere 2018, 192, 161-170.

[2] sun, b. b.; lian, f.; bao, q. l.; liu, z. q.; song, z. g.; zhu, l. y. impact of low molecular weight organic acids (lmwoas) on biochar micropores and sorption properties for sulfamethoxazole. environmental pollution 2016, 214, 142-148.

[3] ren, x. h.; sun, h. w.; wang, f.; cao, f. m. the changes in biochar properties and sorption capacities after being cultured with wheat for 3 months. chemosphere 2016, 144, 2257-2263.

5. 计划与进度安排

1.2022年1月10日至3月8日，查阅和研究文献资料，完成英文翻译。

2.2022年3月9日至3月27日，撰写开题报告；构思论文框架。

3.2020年3月28日至5月10日，撰写论文，中期检查暂定4月15日（周三）下午，ppt报告研究计划和进度。