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南京农业大学紫金山“点石成金”小分队开展暑期调研

来源:南京农业大学资源与环境科学学院 作者:侍卿

农林废弃物的资源化利用是治理农业面源污染、节约生物质资源、节能减排、保护生态环境、实现碳达峰碳中和目标、社会经济可持续发展的重要内容。为了推进农林废弃物的资源化利用,团队成员以农林废弃物资源化利用为核心,旨在为相关研究领域提供一定有效的研究方向与结果。

图1 小分队合照

2023年7月5日,资环学院紫金山“点石成金”小分队前往南京紫金山风景区,围绕“资源变废为宝,科技践行未来”这一主题开展暑期社会实践活动。通过捡拾农林废弃物,将其晾晒、改性,并与重金属和有机污染物进行反应,探究作用效果,再将研究结果进行对外科普讲解、宣传,推动本次志愿活动的志愿性和专业性有机统一。小队成员在紫金山风景区经行农林废弃物的捡拾过程中,收集到了玉米棒、橘皮、椰壳、树皮、废弃菌类等农林废弃物,由于实践期间天气湿润,因此,后续需要在资环楼温室周围进行5~6天的曝晒,使其干燥。

经历过前期农林废弃物的捡拾、清洗、烘干、破碎、焙烧、碱浸、超声波混合,成功将六类农林废弃物转变成生物炭碱溶液。

图2 焙烧生物炭

7月7日至7月15日,团队成员开始了实验之旅。为了将碱中和,小分队先将含有高浓度碱液的生物炭浊液进行抽滤,用pH试纸测定大概酸碱度,之后稀释高浓度盐酸25 ml于500 ml容量瓶中,配合pH计,滴定调节至pH 7.0±0.1范围内,再进行多次抽滤,得到初步中和的生物炭。由于其仍然含有较多水分,队员们将烧杯上方封盖保鲜膜并分散戳孔,置于实验室烘箱内进行烘干,间隔两小时称量一次质量,当其达到恒重后取出,得到生物炭。

在抽滤和烘干期间,小分队配制铬(Ⅵ)溶液、中性红溶液、二甲酚橙溶液并进行多梯度稀释,再取每个梯度的溶液20 ml于离心管中,待生物炭烘干后,冷却至室温,每份取0.025 g炭进行等温吸附预实验。为了找到吸附平衡时间,需要每隔20分钟测一次吸光度,达到恒定值后,以此为标准控制吸附时长。为了得到更加有信度的数据,小分队选择每种污染物做10个梯度,并做三组平行实验。与此同时,小分队使用紫外分光计测量每种污染物特征波长处的吸光度,计算平衡吸附量,之后通过Origin 软件拟合数据,得到平衡吸附量-污染物浓度与去除率-污染物浓度变化曲线。

后续操作需要根据预实验数据拟合的曲线来调整稀释梯度,从而使得曲线变化较为明显可观。

图4 配制不同浓度梯度污染物溶液进行吸附预实验

随着全球气候变化加剧,各国都希望能够找到一种快速、高效的方法实现碳中和,缓解温室效应,而生物炭则是一种相对简易的方式。本团队此次实践活动针对紫金山农林废弃物进行处理及分析,希望通过实验能够找到有效去除常见污染物的生物炭,从而实现农林废弃物的资源化利用。

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