重金属污染土壤的芦竹修复及其产后综合利用

论文摘要

湖南省是有色金属之乡,矿冶区周边土壤中As、Cd、Pb等污染突出。本文针对湖南某冶炼厂附近受As、Cd、Pb、Zn等重金属污染的废弃农田土壤,以芦竹为目标植物,开展田间定位试验及其修复目标植物产后综合利用研究。研究了芦竹修复体系和对照体系下不同土层渗漏液中pH值、As、Cd、Pb和Zn浓度、水溶性有机碳（DOC）含量等随时间变化及芦竹富集重金属情况,探讨了田间定位试验修复体系中As、Cd、Pb、Zn在土壤-植物-水体中的迁移与转化特征。研究液化剂、液化时间、温度、液料比、催化剂用量对芦竹液化率的影响。同时,利用芦竹液化产物合成聚亚胺酯并对合成物进行性能表征。主要研究结果如下：芦竹修复体系下,土壤渗漏液中DOC含量较对照体系显著提高（P<0.05）,表层渗漏液中DOC均值为对照体系的1.7倍；与对照体系相比,As和Pb含量显著降低（P<0.05）。对照体系渗漏液中DOC与As,Cd与Pb、Zn,Pb与Zn含量存在显著相关性（P<0.01）,而芦竹修复体系下只有Pb与Zn有显著相关性（P<0.01）。芦竹体内As、Cd、Pb和Zn主要累积在根部,茎叶中含量相对较小。芦竹生物量大,对重金属有一定富集量,对污染土壤中As、Cd、Pb和Zn有较强的稳定和去除作用。在液料比为5：1,温度为160℃,时间为60min和催化剂（浓硫酸）用量为3%下,以乙二醇为液化剂条件下,芦竹液化率可达81.6%。FI-IR光谱分析结果表明,芦竹纤维素和木质素成分被分解,液化产物中出现了大量聚合羟基成分。以乙二醇为液化剂的芦竹液化产物羟基值为481 mg KOH g-1。利用15 g乙二醇芦竹液化产物,25 g二苯甲基二异氰酸酯,0.45 g水,0.5 g吐温-80和0.3 g联合催化剂合成聚亚胺酯,合成产物密度为213 kg m-3；Liebermann-Storch-Morawski显色反应经历了黑色-柠檬黄-棕色-绿荧的颜色变化过程；红外光谱强特征峰主要是3339cm-1的N-H伸缩振动,2872-2972 cm-1的饱和C-H伸缩振动,1713cm-1的C=O伸缩振动,1453-1619 cm-1的苯环上C=C伸缩振动和1241 cm-1的C-C伸缩振动,表明合成产物主要成分为聚亚胺酯。上述研究结果表明,芦竹对重金属污染土壤具有较强的植物稳定修复能力；利用乙二醇为液化剂液化芦竹并合成聚亚胺酯可对产后芦竹进行有效利用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 土壤重金属污染
• 1.1.1 来源与危害
• 1.1.2 土壤重金属迁移特性
• 1.2 重金属污染土壤的修复技术研究进展
• 1.2.1 常用修复技术
• 1.2.2 生态修复技术
• 1.3 修复植物产后利用
• 1.3.1 作为废弃物处置技术
• 1.3.2 资源化利用技术
• 1.4 芦竹修复及其综合利用
• 1.4.1 芦竹修复技术
• 1.4.2 综合利用技术
• 1.5 生物质液化及其应用
• 1.5.1 生物质利用现状
• 1.5.2 生物质液化技术
• 1.5.3 液化产物的应用
• 1.5.4 聚亚胺酯合成机理
• 1.5.5 合成方法
• 1.6 研究意义和内容
• 1.6.1 研究目的和意义
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 第二章 材料与方法
• 2.1 田间定位试验
• 2.1.1 田间试验基地概述
• 2.1.2 试验布置
• 2.1.3 样品采集和处理
• 2.1.4 测试与分析
• 2.1.5 土壤肥力评价
• 2.1.6 数据统计与分析
• 2.2 芦竹液化及聚亚胺酯合成
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验设计
• 2.2.3 试验操作
• 2.2.4 测试与计算
• 第三章 污染土壤-芦竹-水体系As、Cd、Pb和Zn的渗漏与迁移特征
• 3.1 供试土壤理化性质
• 3.2 土壤渗漏液pH和DOC含量
• 3.3 土壤渗漏液中重金属含量
• 3.4 DOC与重金属间相关性
• 3.5 芦竹体内重金属含量
• 3.6 小结
• 第四章 芦竹液化溶剂筛选及条件研究
• 4.1 液化剂的影响
• 4.2 乙二醇液化体系影响因素
• 4.2.1 反应温度
• 4.2.2 催化剂用量
• 4.2.3 液料比
• 4.3 液化条件优化
• 4.4 小结
• 第五章 芦竹液化产物合成聚亚胺酯及其基本性能表征
• 5.1 乙二醇芦竹液化产物性能
• 5.1.1 酸值和羟基值
• 5.1.2. 液化产物FT-IR
• 5.2 聚亚胺酯合成原料及方法
• 5.3 聚亚胺酯性能表征
• 5.3.1 密度检验
• 5.3.2 显色反应
• 5.3.3 FT-IR光谱分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文