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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