《生物炭的環境老化及其對污染物行為的影響》是依託昆明理工大學，由吳敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：生物炭的環境老化及其對污染物行為的影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳敏
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物炭對污染物的強烈吸附是其重要的環境效應之一，但是生物炭進入環境後，必然在物理、化學、生物過程中被老化，同時，在與溶解有機質（DOM）和過渡金屬元素等的相互作用中，生物炭的表面性質會發生顯著改變。因此，生物炭的環境效應及其對污染物行為和風險的影響不能用生物炭的初始性質進行預測，對生物炭吸附控制污染效用和風險的理解客觀上需要考慮其在環境條件下的性質變化。本研究擬以物理、化學和微生物方法模擬生物炭老化過程，探究各種環境過程對生物炭老化的影響機制，系統描述生物炭在各個過程中老化後的性質變化，重點闡釋過渡金屬元素與生物炭相互作用形式及其對生物炭老化的作用機制，DOM在生物炭表面覆蓋及其電子穿梭能力對生物炭老化的影響；通過吸附/解吸實驗研究生物炭老化對污染物環境行為的影響，並對被吸附污染物在生物炭老化過程的二次污染風險作出評估，為生物炭的環境友好套用提供理論基礎。
結題摘要
本項目以不同生物質來源製備的生物炭為研究對象，模擬生物炭在環境中的老化，針對生物炭老化過程中表面化學性質的變化、影響生物炭老化的環境因子及老化機理等諸多問題展開研究，深入探討老化對生物炭與污染物之間相互作用的影響，從而理解生物炭施用生命周期內的動態風險問題。 通過凍融循環實驗、NaClO氧化、過氧化氫氧化、HCI和HCI-HF酸化等物理化學老化方法模擬了不同生物質來源、不同溫度製備的生物炭在自然環境中的老化過程以及影響老化的環境因子，利用元素分析、比表面積分析及傅立葉紅外光譜分析等表征分析方法研究老化過程對不同穩定性生物炭的元素組成、表面形態及表面基團等的影響，理解生物炭性質和其老化過程之間的關係，從而系統認識生物炭的地球化學過程，探討生物炭老化的環境效應。 以萘、雙酚A、磺胺甲噁唑和菲為代表性污染物，分析這幾種污染物與不同材料及不同燒制溫度得到的生物炭的吸附行為，比較氧化處理前後生物炭與這污染物之間相互作用的差異，進而針對生物炭氧化過程對被吸附污染物的風險作出評估。 通過套用電子順磁共振波譜儀和雷射顯微拉曼光譜儀分別測定不同裂解溫度和酸處理的生物炭樣品的自由基信號和化學鍵振動特徵，以探究不同裂解溫度和酸處理老化對生物炭上自由基的影響機制。結果表明，低氧條件下的裂解過程會伴隨著生物炭碳層結構的缺陷形成以及C-C鍵的斷裂，從而形成以氧為中心的自由基；另外，酸洗後自由基信號的增加率遠大於碳含量的增加率，這可能歸因於酸洗會使有機-無機複合體的C-O-C和COOH上的C-O鍵的斷裂而生成新的自由基。 以纖維素和木質素為原料於不同溫度下製備生物炭，結合常規理化性質表征比較分析生物炭經NaClO氧化前後BPCAs信息的相關變化。結果表明，NaClO氧化導致生物炭1.8%~79.3%的BPCAs質量損失但各單體BPCA的百分含量並沒有明顯變化，證明NaClO氧化不會改變生物炭BPCAs的分布特徵。B5CA/B6CA和B6CA/B4CAs比值作為辨析環境炭黑來源的特徵值，氧化前後均指示相同的生物炭來源，表明BPCAs方法識別環境中生物炭來源具有高可靠性。
