第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 污泥的生物-物理干化与干化污泥热解／气化能量回收 2
1.3 地下水重金属污染修复技术 4
1.3.1 渗透性反应墙 4
1.3.2 抽出-处理法及两种技术的比较 6
1.4 渗透性反应墙活性填料 6
1.4.1 常用活性填料 7
1.4.2 铁系活性填料 7
1.5 生物炭的吸附性能 10
1.6 碳基材料的改性 14
1.6.1 氧化法 14
1.6.2 硫化法 15
1.6.3 氮化法 15
1.6.4 引入配位体法 15
1.6.5 过渡金属氧化物改性法 16
1.7 研究目的和内容 18
1.7.1 研究目的 18
1.7.2 拟解决的关键科学问题 18
1.7.3 主要研究内容 19
1.7.4 技术路线 19
第2章 生物-物理干化污泥快速热解制备生物炭及其表征 21
2.1 材料与方法 21
2.1.1 生物炭的制备 22
2.1.2 生物炭的表征 22
2.2 生物炭的一般性质 24
2.3 生物炭的FT-IR表征与官能团分布分析 27
2.4 生物炭的热稳定性 29
2.5 生物炭的表面性质和微观结构 29
2.6 生物炭的化学稳定性 33
2.7 生物炭对典型重金属的吸附性能 35
2.8 小结 38
第3章 污泥基生物炭吸附重金属的影响因素与机理 39
3.1 材料与方法 39
3.1.1 吸附材料的制备 39
3.1.2 吸附实验 40
3.1.3 pH值对溶液中重金属形态影响的模拟 40
3.1.4 其他表征方法 41
3.2 生物炭对多种重金属的吸附性能 41
3.3 生物炭吸附重金属的影响因素 49
3.3.1 投加剂量 49
3.3.2 平衡温度和初始pH值 49
3.4 生物炭对重金属的吸附机理 53
3.4.1 不同污泥基材料对重金属的吸附性能比较 53
3.4.2 吸附重金属前后生物炭的性质变化 55
3.4.3 竞争离子对生物炭吸附性能的影响 56
3.5 小结 60
第4章 针对高钙体系的污泥基生物炭改性 61
4.1 材料与方法 62
4.1.1 改性生物炭的制备 62
4.1.2 改性生物炭的表征 62
4.1.3 改性生物炭在含钙体系中对重金属镉的吸附性能表征 63
4.2 不同过渡金属氧化物改性对生物炭吸附重金属性能的影响 63
4.2.1 元素分析 63
4.2.2 FT-IR表征与官能团分布 64
4.2.3 XRD表征 65
4.2.4 比表面积与孔隙分布 65
4.2.5 对重金属的吸附性能比较 66
4.3 不同铁基物质改性对生物炭吸附重金属性能的影响 70
4.3.1 元素分析 70
4.3.2 FT-IR表征与官能团分布 71
4.3.3 XRD表征 71
4.3.4 比表面积与孔隙分布 72
4.3.5 对重金属的吸附性能比较 73
4.4 还原铁粉投加剂量对改性生物炭吸附重金属性能的影响 75
4.4.1 元素分析 75
4.4.2 FT-IR表征与官能团分布 76
4.4.3 XRD表征 77
4.4.4 比表面积与孔隙分布 77
4.4.5 对重金属的吸附性能比较 78
4.5 小结 80
第5章 改性污泥基生物炭对重金属的吸附性能与机理 83
5.1 材料与方法 83
5.1.1 改性生物炭的热稳定性和浸出毒性 83
5.1.2 静态平衡吸附实验 83
5.1.3 反应动力学 84
5.1.4 吸附机理解析 84
5.1.5 地下水体系中的吸附实验 85
5.2 改性污泥基生物炭的稳定性 85
5.2.1 热稳定性 85
5.2.2 浸出毒性 86
5.3 改性污泥基生物炭吸附重金属的影响因素 86
5.3.1 投加剂量 86
5.3.2 初始pH值 87
5.4 改性污泥基生物炭吸附重金属的反应动力学研究 88
5.5 改性污泥基生物炭对重金属的等温吸附特征 90
5.6 改性污泥基生物炭对重金属的吸附机理 91
5.6.1 还原铁粉的吸附效果 91
5.6.2 吸附前后改性生物炭的微观结构变化 92
5.6.3 吸附前后改性生物炭的XRD表征 92
5.6.4 吸附前后改性生物炭的FT-IR表征 94
5.6.5 吸附前后改性生物炭的XPS分析 94
5.7 地下水体系中改性污泥基生物炭对重金属的吸附效果 97
5.8 小结 98
第6章 结论与建议 101
6.1 结论 101
6.2 建议 103
参考文献 104
索引 125
在学期间发表的学术论文 127
致谢 129