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.     

鸡粪生物炭对萘的吸附性能研究

以鸡粪为生物质原料,采用热分解法在管式炉中氮气氛围下分别于300、500、700℃温度下及在马弗炉中限氧500℃温度下制备生物炭,采用XRD、SEM和FTIR等对所制备的鸡粪生物炭进行表征,研究不同条件下所制备的鸡粪生物炭对萘吸附特性的影响,并探讨鸡粪生物炭对萘的吸附机理。结果表明,鸡粪生物炭具有凹凸不平、不规则表面的无定形炭结构,表面具有—COOH、—OH等多种含氧官能团;随着热解温度的升高,萘在鸡粪生物炭上的吸附量先减小后增加,其中,在700℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附量最大;鸡粪生物炭对萘的吸附过程主要为化学吸附,而且是多层吸附,其中,700℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附机制主要是疏水作用,而300℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附机制主要为分配作用。     

芦苇和玉米芯制生物炭对雨水吸持与净化效果的比较

生物炭易制备、成本低、孔隙发达、稳定性高、吸附性强,在海绵城市建设中具有重要的应用前景.以芦苇和玉米芯制备的生物炭作为雨水滞留池填料,通过模拟渗水实验,研究其对雨水的吸持和净化效果.结果表明,玉米芯生物炭填料的水力性能优于芦苇生物炭,其渗水速率达到0.45 mL/(cm·s),储水量达到106 mL;芦苇和玉米芯生物炭均能提高雨水的pH值、降低其氧化还原电位,其中玉米芯生物炭的作用更大;芦苇生物炭对雨水总磷的去除率为55.48%,对Zn~(2+)和Cu~(2+)的去除率分别为74.62%,98.65%,对悬浮颗粒物的去除率为94.12%,这些指标优于玉米芯生物炭.因此,芦苇和玉米芯生物炭有望成为雨水滞留池的新型填料.     

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。     

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。     

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.     

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。     

生物炭材料的制备及其应用效果研究

研究以小麦秸秆、水稻秸秆和油茶果壳为原料,采用水蒸气活化和磷酸再活化的工艺,制备出性能优良的生物炭样品,分析麦秆、稻秆和油茶果壳生物炭样品的性能以及制备条件对生物炭性能的影响。研究结果显示,试验制备得到的麦秆生物炭,其亚甲基蓝吸附值为225 mg/g,碘吸附值为838 mg/g,焦糖为120%,比表面积为1 279 m2/g,孔容为1.36 m3/g,中孔率为76.6%,而稻秆生物炭的炭亚甲基蓝吸附值为215 mg/g,碘吸附值为815 mg/g,焦糖100%,比表面积为967 m2/g,孔容为1.23 cm3/g,中孔率为84.6%,2种原料制备的生物炭与市售生物炭的性能指标相近;油茶果壳生物炭对亚甲基兰和碘的最大吸附值分别为330 mg/g和1 326 mg/g。本研究制备的油茶果壳生物炭的主要质量指标均达到或超过了净水用活性炭国家标准。本研究表明,小麦秸秆、水稻秸秆和油茶果壳可以作为制备优质生物炭的原料。     

苜蓿生物炭对磺胺甲恶唑的吸附机理研究

该文以紫花苜蓿为原料,分别在600℃、700℃和800℃下热解制备生物炭,研究其对水溶液中磺胺甲恶唑的吸附机理.通过元素分析、FTIR、BET、XRD等方法对制备的生物炭进行表征,探究了热解温度、环境温度、初始抗生素浓度、溶液pH值、离子强度以及离子类型等对磺胺甲恶唑吸附的的影响,应用吸附动力学和吸附等温线研究生物炭对...     

不同热解温度下杨树各组分生物质炭的理化特性分析与评价

【目的】通过对不同热解温度下杨树树叶、树枝、树皮生物质炭和秸秆生物质炭的理化特性及结构进行分析,筛选出更适用于林地土壤改良的农林废弃物种类和热解温度。【方法】以杨树不同组分树叶、树枝、树皮和秸秆等4种农林废弃物为原料,分别在300、500和700 ℃温度下制备生物质炭,测定其产率、pH、全碳、全氮含量、阳离子交换量(CEC)、比表面积和表面官能团等指标。【结果】随着热解温度的升高,4种原料生物质炭的产率逐渐降低,灰分含量和pH升高。同一热解温度下,树枝和树皮生物质炭的全碳含量高于树叶和秸秆生物质炭的,而全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量均低于树叶和秸秆生物质炭的。4种生物质炭水溶性盐基离子含量和交换性盐基离子含量均随着热解温度的升高而增加,树叶生物质炭的阳离子交换量总体高于其他3种原料的生物炭。树叶和树皮生物质炭的比表面积和总孔容积总体大于树枝和秸秆生物质炭,树皮和树叶生物质炭在700 ℃时比表面积分别高达597.02和121.01 m²/g。4种原料生物质炭的表面官能团种类基本相同,以芳香骨架为主,表面官能团数量均随着热解温度的升高而减少,芳香化程度增强。【结论】在不同热解温度和原料制备的生物质炭中,树叶和秸秆生物质炭的灰分、pH、N、K和盐基离子含量较高,比较适用于改良酸性土壤,增加土壤养分;而杨树树枝和树皮生物质炭含碳量较高,则适用于土壤固碳,提高土壤有机质含量。其中,500 ℃热解的杨树树叶生物质炭综合性能最好,氮、磷、钾养分耗失最少,阳离子交换能力较强,比表面积大,更适用于土壤改良。     

木质纤维素基生物炭对葡萄糖厌氧消化性能的影响及机理研究

生物炭是提高厌氧消化性能的有效添加剂,由于生物炭性质的多样性和厌氧体系的复杂性,生物炭对厌氧消化的促进机理尚未得到全面认识。以生物质纯组分——纤维素、半纤维素和木质素为原料,分别采用水热法和热解法制备了生物炭,考察了生物炭对葡萄糖厌氧消化的影响,并从微生物分析、官能团组成和电导率等方面探究了其作用机理。结果表明：与对照组相比,生物炭的添加能加快葡萄糖厌氧消化速率,提高消化效率;相较于纤维素和半纤维素,以木质素为原料制备的生物炭的效果更好;以木质素为原料制备的水热炭和热解炭均能在一定程度上富集互养型发酵细菌,这可能有助于促进直接种间电子转移（DIET）机制的建立,从而提高产甲烷速率;生物炭丰富的表面含氧官能团和较大的电导率可能是其强化厌氧消化效果的关键特性;通过变异性分析发现,相较于制备方法,累积产甲烷量对生物炭原料的依赖性更大。     

基于生物炭改良的水泥固化土强度试验研究

为明确生物炭的添加对固化高含水率疏浚泥强度的影响,对含生物炭的固化高含水率疏浚泥开展了一系列的无侧限抗压试验,探讨了不同养护龄期下生物炭添加对固化高含水率疏浚泥强度规律的影响。试验结果表明:和不含生物炭的固化疏浚泥相比,相同养护龄期下生物炭的添加将引起固化疏浚泥无侧限抗压强度的增加,且增加幅度随生物炭掺量的增加而增大。此外,随着养护龄期的增大,生物炭添加引起固化疏浚泥强度性状的改变幅度也是逐渐增大的。最终,固化疏浚泥的破坏应变表现出增加的变化趋势,含生物炭的水泥固化土的破坏应变比不含生物炭的水泥固化土更大,破坏形态更明显。     

改性生物炭对镉离子吸附性能研究

以废弃松木屑为原料采用热分解法制备生物炭,并以氨气、硝酸、硫化钠和溴水4种化学试剂分别对其进行表面改性。采用BET、FTIR和Bohem滴定等技术对改性前后的生物炭进行表征,研究溶液pH值、初始溶液Cd2+浓度、吸附时间等因素对Cd2+吸附特性的影响,并探讨改性生物炭的吸附机理。结果表明,改性生物炭具有较大的比表面积、发达的孔结构和多种表面官能团;在一定范围内,随溶液pH值的增大、Cd2+浓度的升高、吸附时间的延长,改性生物炭对Cd2+的去除率逐渐提高,其中氨气改性生物炭对Cd2+的吸附效果最优,在溶液pH值为6、初始溶液Cd2+浓度为50mg/L、生物炭加入量为2g/L、吸附时间为6h时,氨气改性生物炭对Cd2+的吸附容量可达12.3mg/g;拟二级动力学方程和等温吸附模型均能较好地描述改性生物炭对Cd2+的吸附过程,其中氨气改性生物炭的Langmuir与Freundlich吸附常数最大。     

木质纤维素基生物炭对葡萄糖厌氧消化性能的影响及机理研究

生物炭是提高厌氧消化性能的有效添加剂,由于生物炭性质的多样性和厌氧体系的复杂性,生物炭对厌氧消化的促进机理尚未得到全面认识。以生物质纯组分——纤维素、半纤维素和木质素为原料,分别采用水热法和热解法制备了生物炭,考察了生物炭对葡萄糖厌氧消化的影响,并从微生物分析、官能团组成和电导率等方面探究了其作用机理。结果表明：与对照组相比,生物炭的添加能加快葡萄糖厌氧消化速率,提高消化效率;相较于纤维素和半纤维素,以木质素为原料制备的生物炭的效果更好;以木质素为原料制备的水热炭和热解炭均能在一定程度上富集互养型发酵细菌,这可能有助于促进直接种间电子转移（DIET）机制的建立,从而提高产甲烷速率;生物炭丰富的表面含氧官能团和较大的电导率可能是其强化厌氧消化效果的关键特性;通过变异性分析发现,相较于制备方法,累积产甲烷量对生物炭原料的依赖性更大。     

生物炭在矿区农田土壤中与镉的纵向共迁移行为

以广东韶关大宝山矿山废水污染的农田为研究对象,利用超纯水和甲苯/甲醇提取的溶解性有机质(DOM)的三维荧光光谱平行因子分析(EEM-PARAFAC)技术,追踪荔枝树枝生物炭1年内在土壤层0~100 cm深度范围的迁移行为及其协同重金属镉(Cd)的纵向迁移性质. 结果表明:生物炭增加了0~60 cm深土壤层溶解性有机碳(DOC)的质量分数,增加了表层土壤的pH,对深层土壤pH无明显影响;EEM-PARAFAC解析得到3个DOM组分(1个类蛋白和2个类腐殖质组分),生物炭的添加增大了0~60 cm深土壤层类腐殖质的质量分数;并且甲苯/甲醇提取的DOM在0~60 cm深土壤层中均检测出生物炭特有的多环芳烃结构,说明生物炭在1年内发生了明显的纵向迁移;生物炭能够有效降低0~20 cm深土壤中有效态Cd的质量分数,但20~60 cm深土层中有效态Cd与对照组的相比最高增加了148%左右. 研究表明:需要特别关注生物炭协同重金属在土壤中纵向迁移行为所带来的环境影响.     

杨树人工林沼液和生物炭混施对表层土壤活性有机碳的影响

人工林施肥是一种重要的经营管理措施,而近年来沼液的处理与生物炭肥的使用也引起了人们广泛关注。在苏北杨树人工林集中分布区开展了沼液(施用量为0、125、250、375 m³/hm²)和生物炭(施用量为0、40、80、120 t/hm²)交互肥效实验,结果表明:①在所有沼液施肥水平中,生物炭的施用增加了表层土壤的活性有机碳,并提高了土壤微生物生物量碳氮比,使得微生物群落向真菌主导类型发展; ②在所有沼液施肥水平中,生物炭的添加显著提高了表层土壤(0～10 cm)的pH,促进了土壤的氮矿化和硝化作用; ③沼液和生物炭对土壤活性有机碳和pH具有显著的交互效应。因此,沼液和生物炭混施能进一步促进土壤活性有机碳的含量,改良土壤肥力,提高人工林生态系统生产力。     

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。     

生物炭对土壤微生物特性影响的研究进展

生物炭是在低氧条件下生物质经过热裂解得到的含碳丰富的产品,可提高土壤酸碱度,具有保水保肥及改善土壤微生物特性等功能。综述了生物炭对土壤微生物生物量、微生物群落结构及土壤酶活性的影响,多数研究表明:生物炭的碱性性质及多孔性质提供了适宜微生物生长的微环境,从而增加了土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮等的含量; 生物炭含有的营养物质及多孔性质,促进了土壤中细菌及某些功能菌的生长,但同时生物炭中含有的重金属及多环芳烃等有毒物质对细菌生长存在抑制作用; 相比于土壤细菌,生物炭碳氮比(C/N)高、含大量难降解碳化合物,则有利于土壤真菌生长,并且生物炭具有的较大孔隙度,为真菌菌丝提供了附着位点; 生物炭对微生物的促进作用间接提高了土壤中脱氢酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶等土壤酶活性。因此,未来应进一步探索生物炭与土壤微生物之间的相互作用机理,深入了解生物炭的土壤改良作用,深化对土壤微生物多样性的认识。