论文摘要
热解处理含有较高有机碳（22.04%～8.46%）的沉积物样品,热解方法类似于热解制备生物炭的方法。制得的热解沉积物与生物质所制的生物炭一样表现出较高水平的碳捕获能力,表明热解沉积物拥有用于土壤修复和碳储存的潜力。本研究选用有机污染物磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole,SMX）作为吸附模型的吸附质。热解沉积物的吸附作用强于未热解沉积物,且随着沉积物热解处理温度的增加,SMX吸附量随之增加。原因主要可能是以下2点：1)一般情况下,沉积物胶体带负电,在实验pH（6～8）条件下,SMX主要以负电荷及分子形式存在,二者之间由于静电排斥作用,不易吸附。而热解作用将沉积物表面某些亲水性官能团（如羟基、羧基、氨基等）外壳“热解掉”,增加了吸附剂的疏水性,减小了极性,有利于疏水性有机污染物吸附在热解沉积物表面,热解温度升高,外壳去除得更完全。2)热解作用能使沉积物的芳香性增强。高温使得链状烃类发生断链作用,可能形成了更多的环状结构,从而增加了沉积物的比表面积和空隙体积,甚至使得内部某些封闭的孔也暴露出来,增加有机物污染物的吸附位点,使得SMX的吸附量增加；环状烃类的存在,使热解沉积物有成为π电子供体或受体的可能,而通过π-π电子供受体吸附更多的SMX。吸附机理主要有静电作用,π-π电子供受体作用,氢键作用等。未热解沉积物的吸附主要是分配作用引起的,解吸相对容易。外海沉积物含有较多的无机矿物质,其吸附主导机理与有机质不同,与SMX的结合比有机质更为紧密,因此相对草海沉积物,外海沉积物更难以解吸,解吸率甚至比200℃下热解外海沉积物更低。由于热解作用去除了表层官能团“外壳”,使得热解沉积物的吸附更多的发生在内部孔隙暴露出来的高能位点上,导致更强的表面吸附作用,而表面吸附作用力强于分配作用,此作用力主导的吸附更难以解吸,因此,高温热解沉积物比低温热解沉积物对SMX的释放率明显更低。SMX发生吸附时,首先占据吸附剂表面的高能位点,然后在扩散至低能位点,当浓度Q。升高后,有限的高能位点已被占满,更多的SMX粒子扩散到低能位点,低能位点解吸作用发生较为容易,因此随着Qe的增大,释放率也在提高。热力学参数的分析显示,吉布斯函数变（△G）的绝对值大小能反映吸附过程进行的难易程度,负的△G值表示吸附反应能自发进行,△G值大小在-20-0kJ/mol范围内,表明主导吸附为物理吸附。由此推断本实验所有的吸附均是物理吸附,且反应能自发进行,并且随着SMX固相浓度的增大,吸附作用越来越不容易发生,而沉积物热解温度越高越有利于吸附。焓变（△H）值的正负能反映吸附是吸热还是放热过程,本研究中,绝大部分的吸附反应都是吸热过程,即增加平衡温度,有利于吸附。此结论也由5、25、35℃下平衡的吸附实验,Kd：35℃>25℃>5℃得到证实。未热解沉积物的△H值总是比热解沉积物的更高,说明此吸附反应需要更多的能量才能进行。熵变（△S）表示系统混乱度的大小,较大的熵增值（△S为正值）与释放率的降低（随着固相浓度的增加）有很好的相关性。土壤修复中应用的热解沉积物对污染物环境行为的影响可以通过对其吸附、解吸及吸附热力学研究进行预测。