摘要
近年来，生物炭在土壤的有机污染中得到了广泛的研究和应用。吸附作用是去除有机污染物的主要过程。但由于生物炭吸附的有机污染物可能通过解吸再次释放至土壤环境中，其解吸过程也不容忽视。此外，生物炭也可以促进有机污染物的化学降解，使其更彻底地去除。因此，对有机污染物在生物炭上的吸附-解吸过程和化学降解作用进行系统研究是有必要的。本论文分析了玉米秸秆生物炭的热解温度与水洗处理对其理化性质的影响，选取噻虫嗪作为目标污染物，探究了不同生物炭以及土壤混合物中噻虫嗪的吸附-解吸动力学，等温吸附-解吸过程以及水解作用。其次，探究了生物炭与土壤之间相互作用方式对噻虫嗪的吸附-解吸动力学，等温吸附-解吸过程以及水解作用的影响，以阐明噻虫嗪在土壤混合物体系下的迁移转化过程。主要的研究内容和结果包括以下几部分： （1）由于生物炭的有机碳表面通常含有羟基、羧基以及羰基等官能团，低温生物炭具有较高的极性。随着热解温度的升高，生物炭的官能团热解消失并形成了主要由芳香碳构成的孔隙结构，其芳香性和比表面积显著升高。同时，无机灰分的残留导致其部分孔隙堵塞覆盖。通过水洗处理可以去除生物炭的大部分灰分，芳香碳的暴露使得生物炭的芳香性进一步上升。 （2）噻虫嗪在三种生物炭上的吸附动力学存在明显的快吸附和慢吸附阶段，孔隙结构的形成和增加提高了快吸附室对吸附过程的贡献。其次，SX700的Kf值（29124.66）和nads值（0.17）与其余两种生物炭之间存在显著差异（P＜0.05，n=3），这归因于其丰富的微孔结构具有更多的吸附位点。 通过将生物炭添加至土壤进行吸附动力学实验，结果表明生物炭能够显著影响土壤混合物的吸附能力。然而，由于纯土壤的吸附能力远小于生物炭，两者发生的相互作用（有机质包裹或生物炭的孔隙堵塞）导致吸附位点的减少，阻碍了噻虫嗪的吸附过程。因此，随着添加比例的升高，土壤混合物的吸附能力呈非线性增加。进一步的研究发现，添加比例升高使得土壤混合物的Kf值显著升高，这表明生物炭相对含量的增加提供了更多的吸附位点。 （3）生物炭的解吸动力学表明其孔隙结构性质显著影响了噻虫嗪的解吸过程。其次，通过分析等温解吸参数以及解吸滞后系数HI值可知，SX700的HI值更大，表明噻虫嗪的吸附-解吸过程可能分别受生物炭的微孔和介孔所控制，这说明吸附-解吸过程并不是简单的可逆过程。 在纯土壤和添加SX300、SX500的土壤混合物中，噻虫嗪的吸附量与解吸量之间呈极显著正相关（P＜0.01，n=10），解吸量的增加归因于噻虫嗪更易从低亲和力吸附位点上解吸。此外，生物炭与土壤之间的相互作用不仅使部分吸附位点堵塞覆盖，也在一定程度上阻碍了噻虫嗪的解吸。土壤混合物HI值的差异说明了不同的相互作用方式对噻虫嗪吸附、解吸过程的影响不同。 （4）在生物炭的吸附-解吸动力学实验中，噻虫嗪的降解率为11.68-35.01%，其中SX300和SX700中降解量和吸附量呈极显著正相关（P＜0.01，n=3），而SX500的降解量和吸附量呈极显著负相关（P＜0.01，n=3），并且表现出最大的降解率，这归因于SX500的碱性灰分更易从介孔溶解于液相部分中，导致噻虫嗪水解，而SX300和SX700主要通过吸附噻虫嗪并使其与碱性官能团接触发生水解。纯土壤的弱酸性环境导致噻虫嗪的降解率（5.57%）很低。九种土壤混合物的降解量与吸附量呈极显著正相关（P＜0.01，n=9），噻虫嗪的水解可能主要在固相部分发生，其原因是由于生物炭与土壤的相互作用，生物炭的碱性灰分难以进入液相部分中。
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