修复植物热解过程中重金属元素迁移行为研究
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夏娟 娟等 ：修复植物热解过程 中重金属元 素迁 移行 为研 究
１９ ６７
器 、进 气系统 、焦 油冷凝 系统 、气体 收集 及取样 系
统 。石 英 管反应 器 （ ５０ ｍｍ ）放置 于 电热炉 中加 ０４ 热 ，电热炉使 用数 字温 控仪 设定 和控 制加热 温度 ， 反应 过 程 物 料 升 温 曲线 通 过插 入 反 应 器 中 的热 电
ｃ ｕ和 ｚ ｎ五种 重金属 元素迁移 行为 的影 响 ，寻找合 适 的工艺参 数 ，促 进重金属 的定 向富集 ，有利 于实 现 金属资 源的 回收利用 ，为修 复植 物 的无 害化处置 技 术方案提供 理论依 据 。
高效等优点 ， 逐渐发展成为污染治理的重要途径之
一
１ 实验 材 料 与方 法
１２ 实验装 置 ．
热解实验在一个小型固定床反应器中进行 ， 实 验装置 见 图 １ 。装 置主要包 括 电热 炉 、石英 管反应
－
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一
。
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℃、 加热速率 为 ３ ・ｉ ，固体 热载体采用二氧化 ５Ｋｒｎ ａ ～ 硅的条件下 ，重金属大 部分残 留在固体产物 中ｌ 。 １ 但相关 报道对 重金属元 素在修 复植物热解 过程 中的
些 元 素 的 不 同挥 发 性 与它 们 在 样 品 中不 同 的热 稳 定性 有关 ，同时也 取决 于它们 在样 品 中不 同的赋 存 形态 ，样 品 中 Ｃ 含量 较 高（ 表 ２ ，金 属氯化 物具 ｌ 见 ）
有较 低 的沸点 和较高 的饱 和蒸气 压 ，与 其他化合 物 形式 相 比更 易 于挥发 ｌ Ｊ 引，重金 属 Ｃ 、Ｐ ｄ ｂ、Ｚ 可 能 ｎ 以氯 化物 的形式 挥发 释放 。在 元素 释放 的温度 区间 之前 ，随着 温度 的升高 ，样 品失重 率增 加 ，该元 素 在热 解残渣 中富集倍数 增加 。 ｄ在 ４ ０℃时 富集 倍 Ｃ ０ 数 最 大 ，为 １ １ ｂ在 ６ ０ ℃富集倍 数 最大 ，为 ＿ ；Ｐ ３ ０
实 验 材 料 采用 广 东 省 大 宝 山矿 区重 金 属污 染
土壤上生 长 的长香谷稻 秆 ，粉 碎筛 分至８ 目以下 。 ０ 其 工业分 析和元 素分析结 果 、重金属 和氯元素 含量
见 表 １ 。
能够使修 复植物 中 的重金 属大部 分集 中于焦 渣 中， 便于 回收 利用 ，产物裂解 气和生物 油可作燃料 为整 个体 系供热 ，具有较好 的应用 前景 … ｏｐｌ 。 。Ｋ ｐｏｕ等
生态环境学报 ２ １， ９７： ６ ６１９ ０ ０ １（）１９ —６９
ｈ ｐ／ ｗ ｊｅｃ． ｍ ｔ ：ｗ ｗ． ｓｉｏ ｔ ／ ｅ ｃ
Ｅ ｍａｌｅ ｉ ｒ ｉｅｃ．ｏ ． ｉ： ｄｔ ＠ ｅ ｓｉ ｍ ｏ ｃ
修 复植 物热解 过程 中重 金属 元 素 迁移 行 为研 究
夏娟娟 ，钟 慧琼 ，赵增立，李海滨
迁移行 为与富集规律 研究还不够深入 。 本 研究选 取修复植 物长香 谷稻秆 为原料 ，在小 型 固定 床反应器 上对其进 行热解 处理 ，考察温度 、
０
停 留时 间和反 应气 氛对修 复植物 中 Ｐ 、Ｃ 、Ｍｎ ｂ ｄ 、
表 １ 稻杆样 品的 组成特性
Ｔａ ｌ Ｃｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓｏ ａ ｌ ｂｅ１ ａａ ｔｒｓｉ ｆｓ ｍｐ ｅ ｃ
基金 项 目 ：广东省 自然科 学基 金项 目 （ １ １０ ０６００ ７ ；中国科 学院广 州能源研 究所 所长 基金项 目 （ ７７ ２０ １ ８５０ ７００ ００ ） ０ ０ｄ １０ ） 作者 简介 ：夏娟娟 （ ９ １ 生 ） ，助理研 究员 ，硕士 ，主要 从事废 弃物处 理与 资源化利 用研 究 。Ｅｍａ ：ｘａ＠ｍｓ ｉ ． １８ 年 ，女 － ｉ ｉｊ ｌ ｊ ．ｅａｃ ｇ ｃｃｎ 收稿 日期 ：２１－５３ ０ ００．０
中国科学 院广州 能源研 究所／ ／ 中国科学 院可再 生能 源 与天然 气水 合物重 点实验 室 ，广东 广 州 ５ ０４ １６０
摘 要：在管式炉反应器中研 究了重金属土壤修复植物长香谷稻秆中 ｃ 、Ｐ 、Ｍｎ ｕ和 ｚ 在不 同温度 、停留时间和反应气 ｄ ｂ 、Ｃ ｎ 氛下的迁移行为 ，结果表 明：在低于元素挥发的温度热解 时，固体残渣 中重金属元 素的富集倍数 随温度的升高而增加 ； 在元 素挥发的温度热解时 ，该元素在闻体残渣中的富集倍数 随着停 留时间的延长而减少；８ ０℃以上 Ｃ ２ ０ Ｏ 气氛 比 Ｎ 气氛更有利 ２ 于 Ｍｎ ｕ和 ｚ 在热解残渣中富集。选择合适的热解条件能够达到将原料减容减重并富集其 中特定重金属元素的 目的。 、Ｃ ｎ 关键词 ：修复植物 ；热解 ；重金属 ；迁移
中 图分 类 号 ：Ｘ１２ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１７ ．９ ６（ ０ ０ ７ １９ —４ ６４５ ０ ２ １ ）０ —６ ６０
植物修 复技术 （ ｈ ｔｒｍｅ ｉ ｉｎ 是 一种环境 Ｐ ｙｏｅ ｄ ｔ ） ａｏ 友 好的土壤 重金 属污染 修复技 术…，通过种 植和 收 获 对 重金 属 具有 较 强 耐 性 和 富集 能力 的植 物达 到 降低 土壤 中重金 属含量 的 目的 ，具有安全 、经济 、
１１ 实 验 材 料 ．
ｌ’］ ２３
一
然而 ，对 提取重 金属后 的植物 如何 处置 ，现在 还 没有很好 的技术 方法 ，这成 为植物修 复技术推 广 和 应用 过程 中一个亟 待解 决 的问题 ，如果 处置不 当 容易造成环境 的二次污染 【 Ｊ ４ 。有研 究认 为热解处理
采 用热解技 术进行 人工合成 的超富集植 物 中重金 属 分 离研究 ，结果 表 明 ９ ． ８ ％的金属被 富集于热解 焦 ５ 中。其 中的金属质量浓度 为原料 的 ３２ ６倍 ｌ－］ ． ～ ｌ１。 １３ Ｌｅｅ ｓ等利用管式炉反应器 对富集 了 Ｃ 、Ｃ 、Ｐ ｉ ｎ ｖ ｄ ｕ ｂ 和Ｚ ｎ的柳树枝 叶进行 了热解处理 ， Ｎ 气氛 、 ５ 在 ２ ３０
夏娟 娟等 ：修复植物热解过程 中重金属元 素迁 移行 为研 究
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器 、进 气系统 、焦 油冷凝 系统 、气体 收集 及取样 系
统 。石 英 管反应 器 （ ５０ ｍｍ ）放置 于 电热炉 中加 ０４ 热 ，电热炉使 用数 字温 控仪 设定 和控 制加热 温度 ， 反应 过 程 物 料 升 温 曲线 通 过插 入 反 应 器 中 的热 电
ｃ ｕ和 ｚ ｎ五种 重金属 元素迁移 行为 的影 响 ，寻找合 适 的工艺参 数 ，促 进重金属 的定 向富集 ，有利 于实 现 金属资 源的 回收利用 ，为修 复植 物 的无 害化处置 技 术方案提供 理论依 据 。
高效等优点 ， 逐渐发展成为污染治理的重要途径之
一
１ 实验 材 料 与方 法
１２ 实验装 置 ．
热解实验在一个小型固定床反应器中进行 ， 实 验装置 见 图 １ 。装 置主要包 括 电热 炉 、石英 管反应
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℃、 加热速率 为 ３ ・ｉ ，固体 热载体采用二氧化 ５Ｋｒｎ ａ ～ 硅的条件下 ，重金属大 部分残 留在固体产物 中ｌ 。 １ 但相关 报道对 重金属元 素在修 复植物热解 过程 中的
些 元 素 的 不 同挥 发 性 与它 们 在 样 品 中不 同 的热 稳 定性 有关 ，同时也 取决 于它们 在样 品 中不 同的赋 存 形态 ，样 品 中 Ｃ 含量 较 高（ 表 ２ ，金 属氯化 物具 ｌ 见 ）
有较 低 的沸点 和较高 的饱 和蒸气 压 ，与 其他化合 物 形式 相 比更 易 于挥发 ｌ Ｊ 引，重金 属 Ｃ 、Ｐ ｄ ｂ、Ｚ 可 能 ｎ 以氯 化物 的形式 挥发 释放 。在 元素 释放 的温度 区间 之前 ，随着 温度 的升高 ，样 品失重 率增 加 ，该元 素 在热 解残渣 中富集倍数 增加 。 ｄ在 ４ ０℃时 富集 倍 Ｃ ０ 数 最 大 ，为 １ １ ｂ在 ６ ０ ℃富集倍 数 最大 ，为 ＿ ；Ｐ ３ ０
实 验 材 料 采用 广 东 省 大 宝 山矿 区重 金 属污 染
土壤上生 长 的长香谷稻 秆 ，粉 碎筛 分至８ 目以下 。 ０ 其 工业分 析和元 素分析结 果 、重金属 和氯元素 含量
见 表 １ 。
能够使修 复植物 中 的重金 属大部 分集 中于焦 渣 中， 便于 回收 利用 ，产物裂解 气和生物 油可作燃料 为整 个体 系供热 ，具有较好 的应用 前景 … ｏｐｌ 。 。Ｋ ｐｏｕ等
生态环境学报 ２ １， ９７： ６ ６１９ ０ ０ １（）１９ —６９
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Ｅ ｍａｌｅ ｉ ｒ ｉｅｃ．ｏ ． ｉ： ｄｔ ＠ ｅ ｓｉ ｍ ｏ ｃ
修 复植 物热解 过程 中重 金属 元 素 迁移 行 为研 究
夏娟娟 ，钟 慧琼 ，赵增立，李海滨
迁移行 为与富集规律 研究还不够深入 。 本 研究选 取修复植 物长香 谷稻秆 为原料 ，在小 型 固定 床反应器 上对其进 行热解 处理 ，考察温度 、
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停 留时 间和反 应气 氛对修 复植物 中 Ｐ 、Ｃ 、Ｍｎ ｂ ｄ 、
表 １ 稻杆样 品的 组成特性
Ｔａ ｌ Ｃｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓｏ ａ ｌ ｂｅ１ ａａ ｔｒｓｉ ｆｓ ｍｐ ｅ ｃ
基金 项 目 ：广东省 自然科 学基 金项 目 （ １ １０ ０６００ ７ ；中国科 学院广 州能源研 究所 所长 基金项 目 （ ７７ ２０ １ ８５０ ７００ ００ ） ０ ０ｄ １０ ） 作者 简介 ：夏娟娟 （ ９ １ 生 ） ，助理研 究员 ，硕士 ，主要 从事废 弃物处 理与 资源化利 用研 究 。Ｅｍａ ：ｘａ＠ｍｓ ｉ ． １８ 年 ，女 － ｉ ｉｊ ｌ ｊ ．ｅａｃ ｇ ｃｃｎ 收稿 日期 ：２１－５３ ０ ００．０
中国科学 院广州 能源研 究所／ ／ 中国科学 院可再 生能 源 与天然 气水 合物重 点实验 室 ，广东 广 州 ５ ０４ １６０
摘 要：在管式炉反应器中研 究了重金属土壤修复植物长香谷稻秆中 ｃ 、Ｐ 、Ｍｎ ｕ和 ｚ 在不 同温度 、停留时间和反应气 ｄ ｂ 、Ｃ ｎ 氛下的迁移行为 ，结果表 明：在低于元素挥发的温度热解 时，固体残渣 中重金属元 素的富集倍数 随温度的升高而增加 ； 在元 素挥发的温度热解时 ，该元素在闻体残渣中的富集倍数 随着停 留时间的延长而减少；８ ０℃以上 Ｃ ２ ０ Ｏ 气氛 比 Ｎ 气氛更有利 ２ 于 Ｍｎ ｕ和 ｚ 在热解残渣中富集。选择合适的热解条件能够达到将原料减容减重并富集其 中特定重金属元素的 目的。 、Ｃ ｎ 关键词 ：修复植物 ；热解 ；重金属 ；迁移
中 图分 类 号 ：Ｘ１２ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１７ ．９ ６（ ０ ０ ７ １９ —４ ６４５ ０ ２ １ ）０ —６ ６０
植物修 复技术 （ ｈ ｔｒｍｅ ｉ ｉｎ 是 一种环境 Ｐ ｙｏｅ ｄ ｔ ） ａｏ 友 好的土壤 重金 属污染 修复技 术…，通过种 植和 收 获 对 重金 属 具有 较 强 耐 性 和 富集 能力 的植 物达 到 降低 土壤 中重金 属含量 的 目的 ，具有安全 、经济 、
１１ 实 验 材 料 ．
ｌ’］ ２３
一
然而 ，对 提取重 金属后 的植物 如何 处置 ，现在 还 没有很好 的技术 方法 ，这成 为植物修 复技术推 广 和 应用 过程 中一个亟 待解 决 的问题 ，如果 处置不 当 容易造成环境 的二次污染 【 Ｊ ４ 。有研 究认 为热解处理
采 用热解技 术进行 人工合成 的超富集植 物 中重金 属 分 离研究 ，结果 表 明 ９ ． ８ ％的金属被 富集于热解 焦 ５ 中。其 中的金属质量浓度 为原料 的 ３２ ６倍 ｌ－］ ． ～ ｌ１。 １３ Ｌｅｅ ｓ等利用管式炉反应器 对富集 了 Ｃ 、Ｃ 、Ｐ ｉ ｎ ｖ ｄ ｕ ｂ 和Ｚ ｎ的柳树枝 叶进行 了热解处理 ， Ｎ 气氛 、 ５ 在 ２ ３０