【摘 要】
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塑料制品的广泛应用使得一些在种植过程需要捆扎绳进行吊蔓捆绑或是需要铺设地膜进行栽培的作物的秸秆中混有了一定的塑料。由于塑料的难降解性致使无法采用一般的秸秆处理方式对混有塑料的秸秆废弃物进行处理与处置。热解不仅可使废弃生物质转化为生物炭,而且也让塑料环保并可持续的完成降解,所以共热解可能是解决此类秸秆处置与利用问题的可行策略。同时,共热解的协同作用也会弥补单独热解的缺陷。因此塑料与生物质的共热解不仅
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塑料制品的广泛应用使得一些在种植过程需要捆扎绳进行吊蔓捆绑或是需要铺设地膜进行栽培的作物的秸秆中混有了一定的塑料。由于塑料的难降解性致使无法采用一般的秸秆处理方式对混有塑料的秸秆废弃物进行处理与处置。热解不仅可使废弃生物质转化为生物炭,而且也让塑料环保并可持续的完成降解,所以共热解可能是解决此类秸秆处置与利用问题的可行策略。同时,共热解的协同作用也会弥补单独热解的缺陷。因此塑料与生物质的共热解不仅为混有塑料的秸秆的处置与利用提供一种解决方案,同时也提升了所得炭的特性,实现了环保与经济的双赢。本研究分别选取农膜和哈密瓜秸秆为塑料和生物质的代表,作为炭化的原材料,并采取热解炭化的方式,对不同农膜含量的秸秆热解所得炭及不同热解温度下热解所得炭的性质、结构特征及对Cd的吸附特性进行探究。研究主要结果如下:相比秸秆单独热解,农膜与秸秆共热解在最优协同作用下(秸秆中农膜含量为15%时)可使炭的产率略有增加。同时,此农膜含量下热解更有助于保留生物质的含氧官能团,所得炭(500BCS-15%P)的亲水性与极性也较好,表面形貌最为粗糙。与秸秆炭(500BCS)相比,15%农膜含量的秸秆热解所得炭(500BCS-15%P)的比表面积增长了 51.83%,对Cd的吸附容量增长了 10.31%。随着热解温度由300℃升至700℃,秸秆炭(BCS)、混合炭(BCS-15%P)、塑料炭(BCP)的产率分别下降26.75%、33.53%、9.16%,而灰分与pH值升高,所得炭的极性减弱,疏水性增强。热解温度的升高使得秸秆炭、混合炭的比表面积分别增长了 11.74和11.20倍,而塑料炭的比表面积降低了 3 7%。红外光谱分析表明较低的热解温度将更有助于保留炭表面的含氧官能团,吸附结果表明500℃热解所得炭对Cd的吸附最佳,分别为46.99 mg.g-1、51.54 mg·g-1、11.63 mg·g-1。综合分析表明,15%农膜含量的秸秆和500℃的热解条件为共热解的最佳农膜混有量及最佳热解温度。热解炭化前后材料中500℃混合炭(500BCS-15%P)对Cd的吸附为四种材料中最强(吸附量为49.02 mg·g-1),而农膜的吸附为最差(吸附量为0.27 mg·g-1)。对Cd的动力学吸附符合准二级动力学方程。吸附等温模型拟合显示,农膜、哈密瓜秸秆和500℃秸秆炭(500BCS)符合Langmuir等温吸附模型,而500℃混合炭(500BCS-15%P)符合Freundlich等温吸附模型。炭化前后材料的pH、比表面积、官能团以及C含量等理化性质及对Cd的吸附量差异显著,炭化后材料的平均比表面积和平均吸附量分别较炭化前增长了 14.50倍和2.98倍。对于Cd的吸附机理,炭化前材料发生了含氧官能团络合作用和Cd2+-π键的吸附作用,而炭化后材料表现为含氧官能团络合作用、Cd2+-π键的吸附作用、阳离子交换作用以及矿物质的共沉淀作用等吸附机制。
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