最新化学开题报告范文(3)

　　4.4生物炭的吸附机理及腐殖酸的影响探讨
　　4.4.1 SEM分析
　　4.4.2 XRD分析
　　4.4.3 FT-IR分析
　　4.4.4吸附机制
　　4.5本章小结
　　第5章生物炭对土壤中重金属的固定作用
　　5.1实验试剂与设备
　　5.2实验方法与步骤
　　5.2.1土壤样品的采集和预处理
　　5.2.2土壤柱实验内容与步骤
　　5.3实验结果与讨论
　　5.3.1自然条件下生物炭对土壤固定重金属的影响
　　5.3.2酸雨淋滤条件下生物炭对土壤固定重金属的影响
　　5.4本章小结
　　第6章结论与建议
　　6.1结论
　　6.2问题与建议

　　5、论文的理论依据、研究方法、研究内容。

　　重金属不易降解及易通过食物链积累的特性，使其会对人类健康造成严重威胁，并引起一系列环境问题。因此有效地治理重金属污染的技术和方法函待开发。生物炭孔隙结构丰富，比表面积大，具有不会产生二次污染、高效且成本低廉等特性，在有机和无机污染治理中显示出了很强的实用性和广阔的应用前景。
　　生物炭的应用既能避免废弃生物质资源的浪费，还能取得良好的环境效益，在去除污染的同时也能改善土壤和固碳减排，这与中国的可持续发展战略相符合。
　　为了能更好地将生物炭处理重金属污染应用到实践中，需进行大量的实验来证明其有效性，并阐明机制，针对不同的污染情况选取最佳的材料和方法。因此，本次实验将使用不同种类的生物炭（玉米秸秆、小麦秸秆及玉米芯制备的生物炭），研究其对重金属污染的吸附性能，并探究其吸附机制。
　　在实际情况中，重金属污染往往不是只有一种，而是多种并存的，这可能会引起各离子之间发生竞争吸附作用，对吸附效果产生不利影响。故本次实验选取Cue十和Cd2+离子为代表进行批实验，因为两者价态相同，同属于污染严重的重金属。通过改变溶液pH、吸附剂投加量、反应时间、温度及溶液初始浓度（比）进行吸附实验，通过实验数据分析吸附动力学、吸附等温线、金属的竞争吸附行为，使用比表面积分析仪、FT-IR红外光谱仪、SEM扫描电镜及XRD射线衍射仪对生物炭进行表征，探究吸附机制。并且加入腐殖酸这一天然有机质的代表物质进行研究，为在自然环境中生物炭的应用奠定实验基础。此外，设计土壤柱实验，在酸雨淋滤的情况下研究生物炭的施加对土壤固定重金属的影响，为重金属修复提供一定的参考。

　　6、研究条件和可能存在的问题。

　　（1）生物炭基本理化性质的测试方法目前并没有形成统一的标准，本次研究主要是参照土壤的相关测试方法进行分析的，可能不能准确地反映生物炭的各项性质，因此，对生物炭基本性质的测定方法还需要进一步开发研究，便于对比研究。
　　（2）不同的热解温度也会影响生物炭的性质，本研究中并未对热解温度不同的生物炭进行性质的分析，需要进一步的补充。
　　（3）研究中未涉及热力学的分析和模拟，这项工作对吸附实验是很重要的，后续还需进行更系统的研究。
　　（4）实际环境中不仅是两种金属共存，其多为复合污染，包括多种重金属共存以及有机污染物与重金属的共存情况等，本次研究只选取了两种重金属离子作为代表进行了吸附实验，因此随后的工作需要对更复杂的污染情况进行研究，并加入实际环境中的其他因素等，更好地与实际应用结合起来。

　　7、预期的结果。

　　（1）实验中所用的三种生物炭的重金属含量均在污染限值以下，不会对环境造成污染。不同原料制备的生物炭性质不同，三种生物炭pH均为碱性，可用作酸性土壤改良剂。玉米秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭的比表面积远大于玉米芯生物炭，并含有大量的Mg, Al,  Ca等阳离子。
　　（2）三种生物炭对溶液中的Cu和Cd均有一定的吸附效果，相同投加量的玉米秸秆生物炭对重金属的吸附量最大，其次是小麦秸秆生物炭，玉米芯生物炭的吸附能力最差。玉米秸秆生物炭对相同摩尔浓度的Cue十离子和Cd2十离子去除率都很高，均可达到98%以上，小麦秸秆生物炭对相同摩尔浓度的Cue十离子和Cd2十离子去分别可达到98%以上和80%左右，玉米芯生物炭对相同摩尔浓度的Cue十离子和Cd2十离子去除率分别为90%左右和20%左右。因此，玉米秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭更适宜作为重金属污染的吸附剂。
　　（3）研究中选取的Cu和Cd离子之间存在竞争吸附行为，Cu浓度的增加会进一步抑制Cd的吸附，两者会竞争生物炭的相同吸附位点，但由于Cu的水合离子半径较小，更容易发生置换反应，导致优先被生物炭吸附。
　　（4）生物炭对重金属的吸附过程符合准二级动力学模型以及Freundlich模型。表明其存在多层吸附作用，是一个多步骤反应，并且化学吸附是主要的限速步骤。随着pH的增加，吸附量逐渐增大，随着温度的升高，吸附量也有小幅提高。
　　（5）通过FT-IR和XRD的分析表明，生物炭对重金属的吸附与生物炭表面的一OH, C=O, O-H和C-OH等基团有关，发生络合形成沉淀。因此，生物炭的吸附机制是以物理吸附与化学吸附方式结合进行，包括直接的物理吸附、与生物炭表面官能团或离子结合或交换反应以及一些静电吸附等。
　　（6）当溶液中存在腐殖酸时，能够促进生物炭对重金属的吸附，起到传递金属离子的载体作用，使得离子更多更快地与生物炭接触而被固定。腐殖酸并未改变生物炭的吸附动力学和等温吸附线的性质。
　　（7）生物炭可以增强土壤对重金属的固定。在酸雨淋滤的条件下，施加生物炭使得土壤的缓冲能力增强，pH值更加稳定，Cue十离子和Cd2十离子的淋出率分别降低6.49 %-28.95 %, 12.74 %-37.99,减小了重金属迁移性带来的危害。

　　8、论文写作进度安排。

　　2015.05-2015.06 腐殖酸对生物炭吸附重金属背景资料查询
　　2015.06-2015.07  生物炭及其应用研究国内外现状研究
　　2015.07-2015.02  生物炭对重金属的吸附作用实验
　　2016.02-2016.06  提交论文初稿
　　2016.07-2016.08  确定论文终稿
　　2016.08-2016.09  论文答辩