碳化温度对牛粪铜和锌形态及生态毒性的影响

通过设置不同的热解温度(350,550和750℃)对牛粪废弃物进行碳化处理,并使用光谱技术手段对牛粪炭的微观特点及Cu、Zn赋存形态进行了分析表征,同时结合淋溶和毒性实验探究了热解温度对牛粪炭生态毒性的影响.结果表明,高温碳化明显改善牛粪孔隙结构,使其比表面积从牛粪原料的1.15m²/g提高至牛粪炭的5.51(350℃)~195.90m²/g(750℃).随着热解温度的提高,牛粪炭pH值从8.18(350℃)提高到了10.14(750℃);牛粪炭中Cu、Zn含量则从牛粪原料中的1.22和1.23mg/g分别升高至18.29~35.11和18.58~31.24mg/g.透射电镜-选区衍射以及X射线能谱分析表明,热解处理可使牛粪中Cu、Zn离子分别转化为副黑铜矿(Cu₄O₃)和红锌矿(ZnO)等金属氧化物,从而明显降低了牛粪炭中水溶态、DTPA提取态以及HNO₃-H₂SO₄提取态的Cu、Zn离子浓度;此外,FTIR分析及混合有机酸浸提实验结果也表明,350℃牛粪炭中酚羟基、烷烃基、羧基、酰胺类等有机官能团通过吸附和络合作用固定未完全转化的Cu离子,而升高热解温度会使得这些官能团显著减少、促进Cu离子的完全转化以及无机物与Cu、Zn离子之间稳定金属氧化物化合键的形成.淋溶和生态毒性实验表明,高于550℃的热解温度能够显著降低牛粪炭中Cu、Zn的溶出率以及生态毒性,是高Cu、Zn含量牛粪废弃物无害化处理的一种推荐优选技术.