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論文

利用稻殼生物炭預防受重金屬污染農地之研究

顏瑄

弘光科技大學 環境工程研究所

2020

臺灣經濟發展的過程中，某些工廠隨意傾倒或排放含重金屬廢水，經流入農地而產生污染。因國人以米為主食，若農地受到污染，不慎食用污染米(如鎘米)可能威脅人體健康，因此研發有效預防及整治受重金屬污染之農地土壤技術極為重要。本研究是利用廢棄的稻殼回收再利用製備成生物炭，置於管柱中，再將已知重金屬濃度之溶液流經含生物炭管柱，以降低廢水重金屬流入未受污染土壤中，此生物炭管柱模擬應用於農地坵塊入水口，達到預防土壤污染目的。本研究製備稻殼生物炭(Rice Husk Biochar，RHB) 熱裂解溫度為300、400及500˚C，以RHB-300，RHB-400及RHB-500表示，時間為1及2hr，配製重金屬溶液包括Cu、Ni及Zn。製備完成的RHB材料性質分析包括熱場發射掃描電子顯微鏡(SEM、EDS)、傅立葉紅外光譜(FTIR)、熱重分析儀(TGA)及pH。管柱中吸附重金屬溶液後之RHB以FTIR及SEM分析。實驗流程為將已知濃度之重金屬溶液自上而下流經含RHB管柱後，依據重力流入無污染土中(100g)，並均勻混合以配製污染土壤。定時取土樣(天數)以攜帶式射線螢光光譜儀(FPXRF)及感應耦合電漿原子發散光譜儀(ICP-OES)分析土中重金屬濃度。由實驗結果顯示控制組為重金屬溶液不經過RHB管柱，直接流入土中，使土中重金屬濃度不隨時間而變維持10mg/kg。生物炭製備溫度比較結果為經RHB管柱以RHB-400之吸附三種重金屬溶液效果較優，其流入土壤中重金屬濃度最低，TGA結果亦顯示RHB-400炭產率較高，RHB-300次之及RHB-500最差，故重金屬吸附率RHB-400 > RHB-300 > RHB-500。其次三種重金屬溶液(Cu、Ni、Zn)之初濃度皆配製10 mg/L，流經生物炭管柱後至土中，比較12天後顯示RHB (400˚C/1hr)效果較優，使土壤中鋅Zn濃度3.6 mg/kg。效果較差為Cu流經RHB (500˚C/2hr)，使土中銅Cu濃度6.7 mg/kg。另外RHB的吸附以等溫吸附模式計算，結果鋅Zn之 Langmuir等溫吸附模式最好。Zn得R2=0.9691，K=0.6764，最差為Cu得R2=0.9824，K=0.019。Freundlich等溫吸附模式最佳為Zn得R2=0.9503，K=5.7×104，n=0.17447，最差為Cu得R2= 0.9824，K值=1.2×103，n=0.2564。由上述二模式之R2表示二者之相關係數皆高，符合等溫吸附模式。故利用RHB確實有效吸附重金屬，應用於農地土壤，可達到預防污染目的。最後因本研究只使用一種生物炭，建議未來可以使用不同農廢棄物製備生物炭，或取市售生物炭比較，或調整重金屬初濃度及不同種重金屬進行試驗與比較。

生物炭、土壤重金屬、熱裂解、吸附、稻殼、等溫吸附模式

https://hdl.handle.net/11296/99et2z