《超富集植物生物炭氧化還原性的重金屬控制機制》是依託上海大學，由劉強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超富集植物生物炭氧化還原性的重金屬控制機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉強
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
已有研究和申請者前期探索發現重金屬共存下生物質的熱解過程可得到高氧化還原活性的生物炭，從而為重金屬超富集植物的資源轉化提供新的思路。為探索重金屬對生物炭氧化還原基團的影響和控制機制，明確其環境反應活性，本申請採用模型物和實際重金屬超富集植物製備生物炭，通過對生物炭不同組分（水溶性有機物、腐殖酸和固體炭）的電子接收/贈與容量、氧化還原官能團、持久性自由基的測定揭示重金屬物種/賦存形態/含量、生物質組成、製備條件對生物炭巨觀氧化還原容量/微觀氧化還原基團的影響規律；通過環境暴露過程中官能團、自由基的變化探索生物炭氧化還原基團的穩定性及影響機制，通過解析生物炭與常見氧化還原物質反應體系的動力學研究和反應歷程中官能團、自由基的變化揭示生物炭環境氧化還原反應的規律，進而考察內、外源重金屬對生物炭氧化還原基團和氧化還原反應活性的影響，為重金屬超富集植物生物炭氧化還原性的調控和環境套用提供理論基礎。
中文摘要：針對重金屬超富集植物的資源轉化為高氧化還原活性生物炭的問題，本項目重點考察了重金屬銅（Cu）和鋅（Zn）對生物炭組成、結構和性質、氧化還原容量的影響，研究了重金屬富集生物炭在環境中的氧化還原行為，探索了重金屬對生物炭氧化還原性的影響機制，為重金屬超富集植物資源轉化提供新思路。研究結果表明重金屬銅對低溫和高溫熱解生物炭還原容量的影響較大，對中溫生物炭的影響較小，銅能提高低溫生物炭的氧化能力，降低中高溫生物炭的氧化能力。生物炭氧化還原容量的來源：表面官能團，持久性自由基，類石墨化結構；項目在木質素，纖素和D-木糖水熱碳化過程中加入重金屬鋅，探究其對水熱炭化學結構和氧化還原特性的影響。木質素水熱炭的還原容量遠遠大於纖維素水熱炭大於D-木糖水熱炭，鋅增加木質素和纖維素水熱炭的還原容量，減小D-木糖水熱炭的還原容量，氧化還原容量與羥基和苯醌基相關。鋅的加入抑制生物質水熱碳化過程中酚羥基的分解來影響水熱炭的氧化還原能力，鋅負載木質素和纖維素水熱炭的鹼溶液氧化還原性變化趨勢與水熱炭一致。此外，項目研究發現生物質中的鹼金屬和鹼土金屬對水熱炭的還原容量也有促進作用，鹼金屬和鹼土金屬氯鹽會改變水熱炭的碳化過程及含氧官能團的數量，增加水熱炭的芳香性，減小親水性，增加水熱炭的還原容量，提高水熱炭的固體燃料特性。項目進而採用HCl, NaOH, HNO3和低溫加熱對水熱炭進行處理，發現HNO3氧化和低溫熱處理使水熱炭的還原容量增加了2-5倍，而NaOH減小了水熱炭的還原容量。主要機制是HNO3氧化增加了鹼溶性小分子有機化合物的產生，時間增長過度氧化又使還原容量減小。低溫加熱處理會增加水熱炭中具有氧化還原活性的含氧官能團和持久性自由基。水熱炭還原容量主要由含氧官能團，腐殖質和持久性自由基決定。這些研究為重金屬富集植物生物炭氧化還原性的調控和環境套用提供了理論基礎。
