生物炭应用技术研究

对生物炭研究历史、现状、存在的问题及产业化前景进行了综合分析与评述,重点阐述了生物炭在能源、环境、农业等领域的应用价值与重要作用。认为生物炭在应对气候与环境变化、固碳减排、保障能源安全和粮食安全等方面都具有重要应用价值和现实意义。文章提出了以农林废弃物资源化利用为基础的生物炭研究发展方向、建议和产业化开发与应用的技术途径。为推动生物炭工程技术创新与产业化发展提供参考依据。     

生物炭制备技术及生物炭在生态环境领域的应用新进展

生物炭具有致密的孔隙结构、巨大的比表面积和丰富的表面官能团等特点,是一种环境友好的吸附材料。近几年,生物炭在生态环境方面的应用优势逐渐凸显。本文在生物炭相关应用文献的计量分析基础上,重点总结了近年(2016年—2020年)生物炭的主要制备技术,及生物炭在污染物去除、土壤改良和温室气体减排等领域应用的新进展。     

生物炭对重金属迁移行为的阻控效应及影响因素

生物炭是由废弃物在缺氧或无氧条件下高温热解形成的一种含碳量丰富的产物,因其比表面积较大及空隙结构独特而成为一种新型吸附剂.文章主要就生物质炭原料来源、制备工艺、生物炭的表面特性及表征方法等进行了综述,进一步就生物炭用于阻控重金属迁移行为的主要机制及影响因素等进行了总结,以期为提高生物炭阻控重金属迁移行为的应用效果提供理论支持.     

生物炭强化污废水脱氮研究进展

为进一步探究生物炭作为具有丰富官能团的多孔材料对水中无机氮素的去除性能，从物化脱氮和生物脱氮两方面分析了生物炭强化物化吸附脱氮的原料、制备方法、官能团等影响因素，并总结了生物炭的含氧官能团和导电的石墨层结构，以及其独特的氧化还原特性。将生物炭作为污废水生物脱氮的电子供体及电子介导，从加速电子传递速率、优化群落结构、提升基因丰度酶活性和促进N₂O温室气体减排4方面详述生物炭电子介导强化生物脱氮过程。研究可为生物炭强化脱氮的应用和研究提供指导意义。     

功能化生物炭吸附水中无机污染物的研究进展

生物炭作为一种多孔材料可用于污染水体修复,但生物质直接制备的原始生物炭通常吸附能力有限且回收再利用和固液分离困难。以原始生物炭为基础,通过各种改性技术制得的功能化生物炭在水处理领域表现出巨大的应用潜力。归纳和分析了近年来功能化生物炭对水体无机物污染物的吸附研究,总结了吸附水体无机污染物的功能化生物炭的制备方法、吸附性能、机制和影响因素。在此基础上,从实际应用、经济和技术可行性等方面提出了今后研究的重点。     

生物炭对土壤修复的研究进展

我国农业已逐步由粗放型经营转变为集约型经营，绿色低碳模式逐渐成为农业发展的新方向。生物炭是一种新型生物材料，主要以农业废弃物为原材料经高温加工而成，富含碳元素及其他植物所需的微量元素,孔隙结构发达，表面积巨大，对土壤具有修复作用。生物炭的优良性质使其近年来在农业生产和生态环境保护方面得到了广泛应用和关注。重点综述了生物炭对土壤性质（pH和田间持水量）、土壤养分、土壤酶活性以及土壤微生物群落的影响，对国内外研究动态和研究热点进行了简要归纳，通过思考和分析，对生物炭未来的研究方向提出合理建议，以期为今后生物炭的深入研究提供依据。     

不同生物炭进入土壤后对304不锈钢腐蚀的影响

生物炭在土壤应用过程,不可避免地会对与土壤之间接触的机械设备部分产生腐蚀作用。为探究生物炭应用于农业生产中对机械设备以及金属工具损耗的影响,采用分别在700、400和100℃温度下裂解制备的小麦秸秆生物炭(WB)、水稻秸秆生物炭(RB)和松木生物炭(PB)的生物炭对304不锈钢板材进行腐蚀处理,并测量其极化曲线和电化学阻抗谱和腐蚀表现。结果表明:与空白组(CK)对比,相较于304不锈钢的腐蚀速率,在施入WB的土壤中,腐蚀速率会随着WB裂解温度的增大而增大;而加入RB的土壤会加剧不锈钢的腐蚀,其中在加入400℃RB的土壤中腐蚀速率达到最大;这是因为WB和RB的加入会提升土壤中的Cl~-含量至足以达到点蚀效应的程度加速了不锈钢板材的腐蚀。与此同时,发现100℃制备的PB生物炭可以抑制不锈钢的腐蚀。总而言之,不同生物质和制备温度的生物炭在土壤实际应用中表现出不同的腐蚀和抗腐蚀特性,因此深入研究这些方面将为其农业应用具有深远影响。     

我国农作物残体制生物炭的固碳潜势和环境影响

应用生命周期评价方法并结合Gabi软件量化了我国农作物残体在生物炭制备及其土壤应用过程中的固碳潜势和环境影响.结果表明:生物炭系统的年度GWP100值(100年尺度下的全球变暖潜势)可达-921.66kg CO2e,能显著提高我国的固碳量;碳负性的实现主要依赖于所产生的生物油和热解气抵消燃煤发电,以及生物炭入土实现的碳固存,其中,生物炭产率对整个系统固碳潜势的影响最大;生物炭系统对人类毒性潜势、酸化潜势等环境问题均有改善和缓解;生物炭应用的环境可行性较强.     

富氧生物炭对有机废水净化的应用进展

本文对富氧生物炭处理有机废水工艺的原理、国内外应用进展进行了综合分析和论述,重点阐述了富氧生物炭工艺在印染、炼化、钢铁等行业的高浓度有机废水和饮用水深度处理以及中低浓度污水处理等方面的应用进展。认为富氧生物炭处理工艺将化学氧化、活性炭吸附、生物降解合为一体,符合污水处理技术的时代要求,是废水深度处理阶段发展前景广阔的净水工艺。     

生物炭基Bi系光催化剂的性能调控方法及其在环境领域的应用进展

由于具有优异的性能、独特的层状结构、可调的价导带位置和合适的带隙,Bi系材料是近年来被广泛研究的一类新型光催化剂,在环境保护和生态修复领域具有广阔的应用前景。生物炭具有成本低廉、碳负排放、孔径丰富等特性,是光催化剂的良好载体。介绍了生物炭基Bi系光催化剂的性能调控方法,分析了生物炭对Bi系光催化剂的性能增强机制,并重点阐述了生物炭基Bi系光催剂在抗生素、重金属去除等环境净化方面的应用研究进展,讨论了该领域所存在的问题、挑战及其未来的发展方向。     

铁改性生物炭的制备及水体修复应用综述

铁改性生物炭被认为是一种环境友好型吸附剂，可用于处理多种水体污染，其吸附能力及吸附特性由于不同的制备方法而存在差异.鉴于此，综述了铁改性生物炭常见的制备方法及其对水体污染物（重金属、氮、磷、有机物）的修复应用，并对其主要的吸附机理进行总结.重点阐述了铁改性生物炭的原料选择、物理化学预处理、热解温度以及改性方法等对生物炭性质以及水环境中有机无机污染物吸附效果的影响，以期为铁改性生物炭在水环境修复中的高效应用提供科学依据.最后，对铁改性生物炭未来的研究方向提出了一些建议.     

生物炭农田利用领域的研究热点与趋势：基于文献计量学的可视化分析

生物炭素有“黑色黄金”之称,在农业领域得到广泛应用。为了揭示生物炭农田应用领域研究热点与发展趋势,本文利用文献计量学方法和CiteSpace软件系统梳理了该领域主要研究力量(国家、机构、作者),归纳了该领域的主要研究主题。研究发现：1)在生物炭农田利用领域,中国学者表现十分活跃,但国际影响力有待进一步加强。2)经过15年的发展,该领域涌现出大量研究热点和研究前沿,主要有(1)2007-2011年间的研究热点是生物炭的土壤改良效果,该阶段的研究前沿是污泥基生物炭的安全施用与土壤改良效果。(2)2012-2016年间的研究热点是生物炭的碳封存与温室气体减排效应,该阶段的研究前沿是温室气体的转化与减排机理。(3)2017-2021年间的研究热点是生物炭的土壤修复效果,该阶段的研究前沿是生物炭(改性生物炭、生物炭复合物等)对重金属、有机污染物的矿化/降解机理。     

生物炭材料在垃圾渗滤液处理工艺中的应用进展

城市产生的固体垃圾数量逐年上升,使得垃圾渗滤液成为一个重大问题,亟待解决。在无氧或缺氧状态下,将生物质经高温热解制备富碳的生物炭并用于污水处理,是“以废治废”思路的重要实践。生物炭主要是来源于农作物废弃物、城市垃圾等低成本原料,在农业和环境领域内应用范围广。我国幅员辽阔,各类生物质资源丰富多样,但现阶段生物质资源的不合理处置,也造成大量浪费和环境问题。基础研究表明,将生物质废弃物的治理与渗滤液的处理相结合可实现以废治废。该文首先简要介绍垃圾渗滤液处理工艺,然后阐述生物炭材料在垃圾渗滤液处理工艺中的应用及前景。     

赋硫生物炭的制备及在去除废水有机物中的应用

以花生壳为基体,锥形瓶为反应装置,在300℃下热解4h,制备了花生壳基生物炭.在此基础上,进一步对其进行了功能化,合成了疏水性较强的赋硫生物炭.同时采用Bohem滴定、红外光谱和紫外光谱对所得赋硫生物炭的官能团进行了表征和分析,并对影响赋硫生物炭吸附性能的主要因素进行了系统考察.结果表明:同一功能性生物炭在不同时间和温度的制备条件下呈现出不同的吸附性能,而不同官能团的功能炭对有机污染物的吸附能力也不同,赋硫生物炭在同等条件下显示出最强的吸附效果,可以有效消除废水中的苯系有机物.此制备方法原料易得,成本低,制备过程简单,所得材料吸附性能好,在处理废水中有着很强的应用价值.     

生物炭释出物的效应及其缓解策略与应用

生物炭具有比表面积高、表面官能团丰富、结构稳定、低成本及原料来源于可再生生物质等特性,被广泛应用于环境修复领域.然而,现有研究多集中于生物炭的理化性质与功能,而有关生物炭释出物的研究较少.本工作详细分析了生物炭释出物的正负面效应,罗列了减少生物炭可溶性释出物的方法,并例举了低释出生物炭的现有应用.本工作为后续低释出生物炭的制备、改良与应用提供了可借鉴的方法与思路.     

玉米芯基生物炭的制备及其吸附性能

采用农业废弃物玉米芯作为原材料,通过生物碳化(HTC)的方法在不同温度下制备低成本、高性能吸附剂用生物炭.该生物炭具有介孔结构,表面含有丰富的含氧官能团,如—OH,C==O,C—O等,其种类及密度受水热温度的影响.以亚甲基蓝(MB)作为模型吸附剂,进一步研究了生物炭的吸附性能.吸附动力学研究表明符合拟二级动力学模型吸附行为,且225 ℃水热条件下得到的生物炭具有最大吸附量(41.37 mg/g)和最高吸附速率.等温吸附平衡数据与Langmuir等温模型吻合较好,表明生物炭对MB的吸附是单层吸附;生物炭表面含氧官能团与MB分子相互作用有助于吸附过程.     

施用生物炭对菜地土壤氮素损失影响的模拟

为了探究施用生物炭对节肥稳产及减少种植过程氮损失的作用,应用DNDC模型对施用生物炭并减少施肥量条件下的山东金乡大蒜/辣椒套作模式进行了作物产量及氮损失的模拟,并对影响作物产量和氮损失的因素进行参数敏感性分析.结果发现:DNDC模型能较准确地模拟出施用生物炭并减少施肥量后的作物产量,表明DNDC模型在模拟施用生物炭方面...     

生物炭改性及在环境污染治理方面的应用

生物炭是生物质经过热化学过程形成的一种多孔材料,具有优良的表面性能和结构,富含碳元素.生物炭的原料来源广泛、制备工艺简单,是一种理想的活性炭替代材料.生物炭的高含碳量、大比表面积、丰富的表面官能团和大的阳离子交换量等特性,使其在环境领域中发挥重要作用.概述几种常用的生物炭制备技术,探讨影响生物炭理化性质的因素,并重点介绍改性生物炭的几种方法及其在土壤修复、废水处理等环境领域的应用.此外,还指出当前研究中存在的不足之处,并提出有关生物炭未来研究方向的建议.     

生物炭对土壤重金属吸附机理研究进展

生物炭是生物质在缺氧或是无氧条件下低温热解而成的高富碳产物,其精致的孔隙结构与较大的比表面积,丰富的表面官能团,使其对重金属离子具有较强吸附能力.近年来,生物炭修复土壤重金属污染已成为研究热点.文章对生物炭的性质、吸附重金属的作用机理、影响生物炭吸附的各个因素以及修复土壤后对重金属生物有效性等方面进行综述,最后提出生物炭未来在修复土壤重金属污染方面的研究方向.     

生物炭和堆肥联合修复重金属和有机物污染土壤的研究进展

生物炭和堆肥可以有效的减少有机废物的容积,适用于土壤修复,被认为是高效的废物管理策略。本文综述了在生物炭和堆肥联合修复重金属污染土壤过程中两者的相互作用。在堆肥过程中,添加生物炭可以改变堆肥过程中的物理化学变化,微生物群落和结构,有机质的腐殖化过程以及恶臭气体的释放。同时,生物炭的添加改变了堆肥过程中营养元素的含量和土壤阳离子交换容量以及有机质含量,进而影响微生物的活性。另一方面,生物炭在堆肥化过程中,其物理化学性质和表面官能团发生了改变。生物炭和堆肥的相互作用增强了污染土壤的修复效果。基于以上内容,文章进一步探讨了该领域未来研究的重点,以期对复合型污染土壤修复方面的工作提供参考。