巨菌草生物炭内源重金属赋存特征及毒性评价

作     者：刘笑生 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡友彪;崔红标

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：生物炭 重金属 毒性评价 老化作用 

摘      要：本研究以巨菌草茎为原料制备生物炭,考察了不同污染程度的土壤所生长的巨菌草制备生物炭后,生物炭内源重金属的赋存形态及其生物毒性。首先对三种生物炭进行了元素分析和比表面积测定;使用扫描电子显微镜(SEM)观察生物炭的表面形貌;使用红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)研究生物炭表面官能团;使用X射线衍射(XRD)研究生物炭的矿物组成;使用电子顺磁共振(EPR)检测生物炭内自由基存在情况;使用气相色谱对生物炭内多环芳烃进行分析。以三酸消解、BCR提取法研究生物炭内源重金属的赋存特征,TCLP浸出实验反映生物炭的浸出毒性。采用小麦发芽率和根伸长抑制率实验反映生物炭浸提液的生物毒性,用小麦根、芽的SOD、POD、CAT酶活性进一步研究生物炭的生物毒性。考虑到生物炭暴露于环境中会受到不同程度的老化影响,采用冻融交替老化、干湿交替老化、模拟酸雨老化、微生物老化四种方式,在实验室内模拟生物炭在环境中的老化,并对老化后生物炭的重金属形态及浸出毒性进行测定,对比生物炭老化前后重金属赋存特征的变化。主要研究结果与结论如下:(1)巨菌草生物炭有较高的含碳量(66%-69%),具有紧实的芳香化结构,比表面积大,具有蜂窝状的孔隙结构。表面官能团丰富,具有较强的碱性(pH10)。(2)生物炭中检测出含量较高的重金属Cu、Cd,九牛生物炭中Cu含量高达35.67 mg/kg,生物炭中重金属含量与其制备原料中重金属含量呈正相关。生物炭中也检测到多环芳烃及环境持久性自由基的存在。(3)生物炭中重金属形态以可氧化态及残渣态为主。老化作用显著增加了生物炭重金属酸溶态含量,提高了酸溶态占总量的比例,使得生物炭的生物毒性增加了。(4)生物炭中重金属的存在对小麦生长有明显的抑制作用。酸溶态重金属含量及TCLP提取态显著影响到生物炭的生物毒性。此外,生物炭中的有机污染物和环境持久性自由基同样影响到小麦生长。图[29]表[14]参[169]