摘要
环境问题越来越受到人们的重视，其中重金属污染是比较严峻的，因为重金属可以通过改变自身形态残留在环境中，不易被环境降解，只会在环境中累积，随着累积数量的增加，一旦超过了环境的承受范围，不仅对环境造成不利影响，随着食物链，重金属还会进入人体，产生毒害作用。其中锌是重金属污染物之一，虽然锌是动植物生长所需要的微量元素之一，但是一旦超过正常范围，就会对动植物和人体形成伤害。而吸附法一直是治理重金属污染的常用方法，生物炭由于其优异的孔隙结构、表面官能团丰富、原料廉价易得，是用来吸附重金属的优选材料，而我国又是农业大国，必然会产生大量农业废弃物，所以采用生物炭作为生物炭原料可以减少资源浪费。但在实际应用中，生物炭吸附还存在稳定性差、吸附效率低等问题，所以本文基于之前采用巯基改性生物炭的基础上，采用了硅烷基对其进行改性。硅是一种重金属钝化剂，其表面活性较高，可以降低重金属活性，从而固定住重金属，降低重金属在环境中的迁移率。 所以本文采用氨丙基三乙氧基硅烷和巯丙基三甲氧基硅烷对两种热解温度下的生物炭进行改性，利用多种检测和分析手段，对改性前后的生物炭进行表面结构、元素含量、官能团种类等的分析，比较其理化性质。再通过批量吸附试验探究改性前后的生物炭在在不同条件下的吸附性能，并通过对用含锌污染液培养空心菜观察，探究生物炭对重金属污染的水培植物的持续性影响，期望为重金属污染治理提供理论和实践基础。所得试验结果如下： 首先，分别对300℃和500℃下热解制成的生物炭嫁接硅烷基基团，将氨丙基三乙氧基硅烷（APS）作为硅元素供体，对生物炭进行硅烷基改性。采用带能谱的扫描电镜、傅里叶红外光谱对改性前后生物炭进行表征，结果表明：在300℃热解温度下制备的生物炭在采用APS改性后，表面孔隙结构更加清晰，硅元素的含量也明显增多；而经过巯基改性的生物炭中的硫元素也显著增多。 然后选取在300℃热解温度下制备的生物炭，进行硅烷基改性生物炭对锌的吸附效果研究。通过批量试验得到：反应温度45℃，pH=5，固液比1g·L-1，反应时间240min时吸附效果最好；吸附模型更符合langmuir等温吸附模型，生物炭的最大吸附量从改 性前的12.67mg·g-1增加至21.25mg·g-1；吸附动力学公式计算表明更符合准二级动力学，相关系数R2gt;0.9992；吸附解吸实验表明硅烷基改性生物炭吸附重金属锌后有较好的亲和力及稳定性。整个吸附过程是以自发均匀单分子层快速吸热的化学吸附为主。 最后，将硅烷基改性前、后的生物炭添加至不同浓度锌污染的水培空心菜中，得到其对水培植物的持续性影响情况如下：在固液比达到一定量时，能够对培养液中的重金属进行持续性的吸附且改性后的生物炭效果更好，污染程度相同时，随着生物炭投加量的增多，空心菜的株高和生物量也明显增多。因此，用硅烷基改性生物炭吸附锌污染废水是可行的，但需要控制恰当的投加量，否则也会影响植物生长。
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