植物和粪便生物炭的性质及其对邻苯二甲酸二丁酯和菲的吸附外文翻译资料

 2023-05-31 19:46:06

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附录A 外文参考文献（译文）

植物和粪便生物炭的性质及其对邻苯二甲酸二丁酯和菲的吸附

Mengyi Qiu1, Ke Sun1, Jie Jin1, Bo Gao2, Yu Yan1, Lanfang Han1, Fengchang Wu3 amp; Baoshan Xing4

1State Key Laboratory of Water Environment Simulation, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China, 2State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China, 3State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China, 4Stockbridge School of Agriculture, University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts 01003, United States.

摘要 本课题研究了不同温度（300和450 °C）处理下得到的植物源生物炭（PLABs）和动物粪便源生物炭（ANIBs）的特性以及它们对邻苯二甲酸二丁酯（DBP）和菲（PHE）的吸附行为。PLABs的较高C含量可以解释PLABs的CO2表面积（CO2-SA）相对于ANIBs要大。有机碳（OC）和芳香碳是影响生物炭的CO2-SA的两个关键因素。ANIBs表面碳含量远高于整体碳含量，这可能是ANIBs比PLABs能更好地吸附DBP和PHE的原因。氢键在大多数被测试生物炭吸附DBP中具有主导作用，而pi;-pi;相互作用在生物炭吸附PHE中起重要作用。高CO2-SA（gt; 200 m2 g-1）表明，在450°C获得的生物炭（HTBs）中存在丰富的OC纳米孔隙，这可能导致HTBs对PHE的吸附较高的且具有非线性。

1 引言

生物炭是来自草，林业产品和动物粪便等富碳生物质热解的副产品1。生物炭在生物地球化学循环中的作用近年来受到了极大的关注，因为它们可以用作土壤改良剂，用于帮助生物量废物管理2，改善土壤肥力和作物产量3,4，以及螯合碳以缓解气候变化5。据报道，生物炭的性质和吸附强度受到许多因素的影响，例如热处理温度（HTTs）和原料来源6–9。根据HTTs，基于生物炭的物理和化学性质的不同可以分为四个不同类别：过渡炭，无定形炭，复合炭和乱层炭10。据报道，通过在相对高温下（HTT ge; 500 °C）热解生物质获得的生物炭通常具有简单的结构，由大量的缩合芳香族C组成，并且吸附机制主要是吸附控制的。相比之下，在相对低温下生产的生物炭（HTT le; 500 °C）部分碳化产率高、成分复杂，并且包含多种特性1,6,11,12。以前的研究表明，疏水性有机化合物（HOCs）在相对低的HTT制备的生物炭的吸附由碳化馏分上的吸附和同时分配到残留的非碳化馏分组成9。因此，本研究主要集中于HOCs对低HTT生物炭的吸附，这是由于它们的复杂化学结构引起的吸附机理的复杂性。此外，广泛的研究报告表明生物炭可以吸附大量有害的有机化合物，如雌激素13，杀虫剂14，多氯联苯（PCBs）15和多环芳烃（PAHs）16,17。然而，作为一种新型有机污染物18，有关邻苯二甲酸酯（PAEs）在土壤、沉积物以及生物炭上吸附的研究还是非常有限7,19,20。近年来，PAEs在工业和农业中的高产量和广泛应用产生了巨大的环境问题。人类使用PAEs作为增塑剂来诱导聚合材料的可加工性和柔性。PAEs可以通过不同途径进入土壤，沉积物，甚至食物21–23。不幸的是，该类化学品有可能是一类内分泌干扰化合物（EDCs），具有雌激素效应，并且具有潜在的生物积累效应24,25。一些PAEs被认为是诱变剂、致癌剂和肝毒性药物，可能对人类和野生动物具有毒性作用26。因此，对PAEs的环境行为的研究成为一个热点。最近，Yang等报道三种土壤的碳含量对PAEs的吸附有重要的影响19。如果生物炭添加到土壤以提高土壤肥力和存储碳，生物炭和PAEs将相互作用。因此，我们已经开展了草和木材源的生物炭对PAEs的吸附行为的研究，并提出无定形生物炭具有最大的吸附容量7。此外，Sun等得出的结论是仅源自两种植物残留物（例如低矿物生物炭）的生物炭中的脂肪族和极性结构域控制PAEs的吸附7。为了证实结论，需要进一步研究更多来自不同原料来源（例如木材，草，动物或家禽废物）的生物炭。此外，值得注意的是，迄今为止，大多数吸附研究使用从相对纯的植物残余物（例如，植物残渣来源的生物炭（PLABs））27产生的低矿物含量生物炭，关于HOCs在高矿物含量生物炭（例如，动物废物衍生的生物炭（ANIBs））上的吸附行为很少报道28。尽管其中一些含有相当多的灰分（例如含有植物胶体形式的大量二氧化硅的草生物炭）7，灰分的吸附性能通常没有被考虑。特别是，最近的研究表明，生物炭和土壤中的矿物质对其有机物（OM）的空间排列或构象有影响，进而影响生物炭或土壤的菲吸附（PHE）28–31。据推测，生物炭矿物应该在PAEs和菲由于其不同的化学性质之间的吸附所起的作用是不同的，而且期望 ANIBs 和PLABs 的性能应该对吸附PAEs 有不同的影响。我们以前的研究报道了关于PAEs和PHE在六种高温生物炭（HTB）（在450 °C下产生的ANIBs和PLABs）上的吸附特性20，该研究通过比较PHE、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）和Cd2 的竞争吸附证明了pi;-pi;电子授-受体（EDA）相互作用在高温生物炭吸附PHE和PAEs过程中的重要性。然而，关于低温生物炭（LTBs）和HTBs对 PAEs的综合吸附行为以及这些生物炭的性质将如何影响其对PAEs的吸附仍然知之甚少，这对于精确预测PAEs在不同种类的生物炭修饰的土壤中的作用非常重要。

表1 | 生物炭的整体元素组成、灰分含量、原子数比值及CO2-SA

生物炭

C (%)

O (%)

H (%)

N (%)

Ash (%)

H/C

O/C

N/C

(O 1 N)/C

CO2-SAa

CO300

67.1

20.7

4.6

1.3

6.3

0.83

0.23

0.02

0.25

243.6

PO300

59.1

19.7

5.2

4.0

12.1

1.05

0.25

0.06

0.31

103.4

LE300

62.2

16.9

5.4

4.8

10.7

1.04

0.20

0.07

0.27

90.3

RI300

55.3

19.5

3.7

0.8

20.6

0.81

0.26

0.01

0.28

188.5

WH300

63.3

24.0

4.4

0.5

7.8

0.84

0.28

0.01

0.29

162.3

MA300

63.8

25.3

5.1

0.8

5.1

0.95

0.30

0.01

0.31

188.3

NU300

60.9

29.2

5.4

0.2

4.3

1.06

0.36

0.00

0.36

40.5

WD300

65.4

27.3

5.3

0.0

2.0

0.97

0.31

0.00

0.31

155.0

CH300

10.0

4.6

0.9

0.6

83.9

1.10

0.34

0.05

0.40

31.4

SW300

36.5

14.9

3.6

3.2

41.8

1.18

0.31

0.08

0.38

89.6

CO450

71.6

13.3

3.9

1.2

10.1

0.65

0.14

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