污泥基磁性生物炭及其对水体中铜离子的吸附性能

以城市污水处理厂剩余污泥为原料,热解制备生物炭基质,经Fe²⁺/Fe³⁺改性加载纳米级铁氧化物颗粒,得到新型磁性生物炭材料(MBC),用于水体中重金属离子吸附.利用VSM,SEM-EDS,XRD,FTIR等综合分析磁性生物炭材料的物理化学特性,结果表明:生物炭基质表面加载磁性γ-Fe₂O₃颗粒,分布均匀,其饱和磁化强度达13.53Am²/kg.磁性生物炭投加量1.25g/L、吸附时间24h、水体pH为5.0时,Cu²⁺吸附量为67.68mg/g,较生物炭基质吸附量增加60.08%.磁性生物炭吸附过程符合Langmuir吸附等温线、准二级吸附动力学模型.污泥基磁性生物炭吸附效果显著,兼具便于从水体中分离的优势,可实现“以废治废”的环保目标.     

玉米秸秆水热炭制备及其对水中阿特拉津吸附

为解决农业资源废弃物作物秸秆的综合利用及水体农药污染问题, 以玉米秸秆为原料, 采用水热炭化法制备水热炭, 并利用扫描电子显微镜(SEM)和Fourier变换红外光谱（FT-IR）法对玉米秸秆水热炭的表面形貌和官能团进行表征, 通过实验室模拟研究不同pH值、 离子强度、 初始浓度以及制备温度对玉米秸秆水热炭吸附水中阿特拉津的影响. 结果表明： 随着温度的升高, 水热炭产生炭微球结构和丰富的含氧官能团; 水热炭对阿特拉津的吸附动力学符合准二级动力学方程（R²≥0.970, P≤0.001）, 吸附热力学符合Langmuir方程（R²≥0.992, P≤0.001）, 为非线性吸附且自发进行的吸热反应; 玉米秸秆水热炭对水中阿特拉津最大吸附量（298 K）为8.862 mg/g, 最大去除率为69.74%; 水热炭对阿特拉津的吸附量随制备温度的升高而增加, 吸附量随溶液pH值和离子强度的增加而下降. 因此, 利用玉米秸秆制备的水热炭可有效吸附水中的阿特拉津, 具有较好的应用前景, 实验结果为玉米秸秆再利用和水体净化提供理论依据和数据支持.     

四种原料热解产生的生物炭对Pb2+和Cd2+的吸附特性研究

以木屑、米糠、稻杆、玉米秸杆为原料, 在300, 400, 500, 600和700℃下, 氮气保护的无氧气氛中热解制成生物炭, 探讨不同类型生物炭对水溶液中重金属Pb²⁺和Cd²⁺的吸附效果。研究发现, 对于4种生物质原料而言, 在700℃下制备的生物炭对水溶液中Pb²⁺和Cd²⁺的吸附效果均优于其他制备温度下获得的生物炭, 其中稻杆生物炭(700℃)吸附容量最高, 对Pb²⁺和Cd²⁺分别为126.58和60.61 mg/g。利用X射线荧光光谱、环境扫描电子显微镜、气体吸附仪等方法, 分析700℃下制取的4种生物炭的矿物相元素组成、表面形貌及其比表面积。采用X射线衍射法分析4种生物炭样品在吸附重金属后的矿物相特性, 分析其重金属吸附机理。结果表明, 4种生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附均满足Langmuir等温吸附模型, 同时XRD分析显示Pb²⁺和Cd²⁺在生物炭表面以碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和亚硫酸盐形式存在。     

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.     

不同制备条件下枸杞枝生物炭的性质及对NH4+-N吸附的影响

为了合理有效地利用青海省废弃枸杞枝,本研究以枸杞枝为原材料,对不同热解温度(300、400、500℃)、停留时间(30、60、90 min)制备条件下枸杞枝生物炭产率、pH、电导率和NH₄⁺-N吸附量进行研究。结果表明：随着热解温度的升高和停留时间的延长,生物炭产率显著降低,pH显著升高,高热解温度下电导率显著高于低热解温度;热解温度对炭产率、pH、电导率的影响均大于停留时间。热解温度对NH₄⁺-N吸附量有显著影响,热解温度为400℃,停留时间为90 min时,生物炭的NH₄⁺-N吸附量最大,为1.955 mg/g;热解温度为400℃,停留时间为60 min时,1 t枸杞枝制炭后NH₄⁺-N总吸附量达到最大,为0.737 kg。本研究为枸杞枝生物炭吸附NH₄⁺-N的最优制备条件提供科学依据。     

秸秆生物炭及秸秆对大豆生长及土壤微生物活性的影响

为了明确不同秸秆利用方式对作物生长及土壤微生物的影响,采用盆栽试验,研究秸秆直接添加和秸秆生物炭添加对大豆生长状况、根际土壤有机碳及微生物群落功能多样性的影响.结果表明:秸秆生物炭添加(MB和WB)能有效提高大豆盛花期地下生物量.秸秆直接添加(M和W)能显著增加大豆花期根际土壤有机碳的含量,玉米秸秆直接添加处理(M)下的有机碳含量最高,为21.15 mg/g.大豆成熟期,秸秆生物炭添加处理(MB和WB)下土壤有机碳含量较空白处理(CK)显著增加,玉米秸秆添加处理(M)下根际土壤有机碳含量显著高于小麦秸秆添加处理(W).不同秸秆利用方式下大豆根际土壤平均颜色变化率(AWCD)随时间延长而增加,MB和WB处理较M和W处理能显著提高成熟期大豆根际土壤AWCD值.因此,可利用秸秆生物炭添加改善大豆根际土壤微生物活性,提高土壤碳贮量.     

生物质炭对黑土磷吸附-解吸特性的影响

利用平衡法研究添加不同质量分数的3种生物质炭(玉米秸秆、稻壳和松木)对黑土中磷吸附和解吸特性的影响.结果表明:随着生物质炭添加质量分数的增加,生物质炭对黑土中磷的吸附量先增加后减少,当添加质量分数为1.2%时,黑土对磷的吸附量最大;添加不同生物质炭对黑土中磷的吸附能力影响顺序为:松木玉米秸秆稻壳;添加松木生物质炭的黑土对磷的实际最大吸附量为0.697mg/g;添加生物质炭的黑土对磷的吸附量和解吸量均随加入磷溶液质量浓度的增加而增加,但增加幅度逐渐变小;添加生物质炭的黑土对磷的等温吸附曲线符合Langmuir吸附方程.     

低温密封法制备玉米秸秆不同部位生物炭及特性比较

针对玉米秸秆利用困难问题,探索玉米秸秆制备生物炭工艺及其理化性能,采用密封限氧法,以玉米秸秆皮、瓤、根为研究对象,分别在300 ℃/45 min、500 ℃/ 30 min、700 ℃/15 min条件下制备生物炭并分析其特性,包括炭产率、pH值、灰分含量、红外光谱和扫描电镜分析。结果表明：在300~700 ℃时,随温度升高,炭产率降低,热解失重速率先增后减,pH值均升高;相同条件下,生物炭特征吸收峰基本相同,表现为表面官能团总量减少,酸性官能团降低,碱性官能团增加。综合分析,秸秆根生物炭与秸秆瓤、秸秆皮生物炭材料功能性相近,研究结果可为玉米秸秆根部的资源化利用提供理论依据和技术支持。     

生物炭对红壤中铅形态分布的影响

为了探究生物炭对铅污染土壤的修复作用,将玉米秸秆炭(CS)、花生壳炭(PS)和银杉木炭(SF)分别以1%,3%,5%的比例加入铅污染土壤进行淹水培养,在5,15,30和75 d时采样检测铅形态及土壤性质的变化.结果表明:加入生物炭(CS,PS,SF)培养后污染土壤pH值较对照分别上升0.43~1.32,0.45~1.01,0.33~0.72个单位值,有机质含量分别增加56.84%~277.89%,14.74%~92.63%,35.79%~128.42%,且都表现为随生物炭施用量的增加而增大.随着培养时间的增长,铅形态分布趋于稳定,酸溶态和可还原态含量下降,残渣态含量上升.添加CS,PS,SF后土壤中酸溶态铅含量与对照相比分别下降19.20%,17.55%,6.66%(平均值).生物炭添加后使铅的生物有效性显著降低,且其降低幅度随生物炭施用量的增加而增大.在生物炭添加量相同的情况下,玉米秸秆炭的修复效果最好.     

氯化锌改性玉米秸秆生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性研究

为了提高对废水中Cr （Ⅵ）的去除效率,获得高效且成本低廉的吸附剂,以农业废弃物玉米秸秆为原材料制备生物炭,并采用氯化锌对其进行改性。实验表明,在固液比为2 g/L、pH为2、Cr （Ⅵ）溶液初始质量浓度为100 mg/L、吸附时间为6 h时,最佳改性剂比例条件下改性炭的去除率能够达到99.3%,比未改性的生物炭高73.7%。此外,考察了单一因素改性剂比例、溶液pH、吸附温度、离子强度对吸附效果的影响。同时研究了改性炭对Cr（Ⅵ）的吸附动力学和吸附等温线。结果说明该吸附是自发、熵增的吸热过程且吸附反应符合准二级动力学方程和Langmiur等温模型,最大饱和吸附容量为72.46 mg/g。通过扫描电镜（scanning electron microscopy）、傅里叶红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy）、X射线衍射（X-ray diffraction）等方法对原炭（biochar）和改性生物炭（modified biochar）进行表征,分析表明改性炭微孔结构明显,表面粗糙,吸附位点增加,芳香化程度提高,从而提高了吸附性能,且锌以氢氧化物颗粒形式存在于生物炭表面。     

玉米秸秆生物质炭对废水中苯酚的吸附性能

以农业废弃物玉米秸秆为原料制备生物质炭,研究其对废水中苯酚的吸附性能.结果 表明:玉米秸秆生物质炭吸附苯酚的平衡时间为180 min,随着溶液pH的升高吸附量降低,吸附剂最佳投加量为10 g/L;在最佳吸附条件下,苯酚的吸附去除率达到98.85％,吸附量高达44.25 mg/g;温度对苯酚吸附的影响不明显;玉米秸秆生物...     

功能化玉米芯生物炭对水中磺胺甲恶唑的去除

采用玉米芯制备的生物炭对磺胺甲恶唑(SMZ)的吸附能力进行了研究.玉米芯经过预处理、活化、裂解及功能化处理,成功制备了功能化生物炭材料.采用SEM、FTIR、XRD技术对生物炭的形貌和理化性质进行了表征.吸附实验表明,利用磷酸活化、硝酸功能化的生物炭(PNBC)吸附效果最佳,其最大吸附量达162.08 mg/g,动力学...     

不同碳化温度下玉米秸秆生物炭的结构性质及其对氮磷的吸附特性

以玉米秸秆为生物质材料, 分别在250,350,450 ℃碳化温度下制备3种玉米秸秆生物炭（分别命名为B250,B350,B450）, 利用红外光谱和扫描电镜对其结构和表面形貌进行表征, 并通过实验室模拟考察其对氮磷的吸附性能. 结果表明： 随着碳化温度的升高, 玉米秸秆生物炭表面的微孔形变程度加剧, 粗糙程度增大, 芳构程度提高, 稳定性增强; B250玉米秸秆生物炭稳定性相对较弱, 在吸附过程中存在较强的磷释放作用, 对磷呈现显著负吸附; B350和B450对磷的吸附动力学过程均可用Lagergren准二级动力学模型描述; 3种玉米秸秆生物炭对磷的吸附热力学过程均可用Langmuir方程描述, 对磷的饱和吸附量为B450>B350>B250; 玉米秸秆生物炭对氮的吸附动力学过程符合Lagergren准二级动力学模型, 吸附热力学过程符合Langmuir方程, 对氮的吸附速率为B450>B350>B250, 饱和吸附量为B450>B350>B250.     

污泥基生物炭对重金属的吸附作用

为研究市政污泥基生物炭对重金属的吸附性能,进而作为吸附材料应用于污染修复中,在900℃下无氧热解制备生物炭,利用静态平衡法测定生物炭对重金属Pb、Zn、Cu、Cd的吸附效果。结果表明:污泥基生物炭具有良好的吸附性能,吸附容量比市售活性炭高一个数量级,对Pb、Zn、Cu、Cd的最大吸附量实测值分别为(104.15±1.60)mg/g、(36.05±0.87)mg/g、(41.30±1.38)mg/g和(37.17±2.59)mg/g。污泥基生物炭具有很强的pH缓冲能力,平衡后溶液pH值大幅提高约2~3,溶液可由酸性变为近中性甚至碱性。平衡过程中,污泥基生物炭可释放大量的Ca2+离子,释放量与重金属离子初始质量浓度正相关,在0.2%污泥基生物炭投加、重金属质量浓度250mg/L以内时,Ca2+离子质量浓度为32.07~72.86mg/L。污泥基生物炭具有很强的重金属吸附能力,主要吸附机理为表面沉淀和离子交换。     

氮掺杂玉米芯生物炭对水中四环素的吸附研究

以农业废弃物玉米芯为原料,在双氰胺和碳酸氢钠的共同作用下经热解、活化得到氮掺杂玉米芯生物炭(N-CBC).利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积分析(BET)和红外光谱(FTIR)等手段对生物炭掺杂前后的形貌、组成和结构进行了表征,并系统分析了N-CBC对水中四环素的吸附性能、吸附动力学和吸附热力学.结果表明,在玉米芯、碳酸氢钠和双氰胺的质量比为1∶2∶0.7,700℃热解3 h的条件下制备的N-CBC对四环素的吸附性能最优,N-CBC呈多孔纹理结构,比表面积高达1 670 m²/g,为有机污染物的吸附提供了大量的活性位点,同时,氮的掺杂利于形成π-π共轭结构,促进吸附过程的进行.吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学研究表明,N-CBC对四环素的吸附符合准二级动力学模型,且为自发的多分子层物理吸附.     

生物炭对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的单一及竞争吸附研究

分别以玉米秸秆、牛粪为原料,在500oC氮气保护的无氧气氛下热解生成玉米秸秆生物炭(BC)和牛粪生物炭(DMBC),分别探讨两种生物炭对水溶液中4种二价重金属离子(Cu~(2+),Pb~(2+),Ni~(2+)和Cd~(2+))的单一吸附效果,并进行4种重金属在生物炭上的竞争吸附实验,探讨金属离子间在生物炭上的相互作用关系。结果显示,两种生物质原料具有不同的元素组成,BC具有较大的比表面积,DMBC的平均孔径更大。在单一吸附过程中,BC对金属的吸附动力学过程具有相似性,而DMBC对不同金属的吸附速率差异较大。4种重金属离子在生物炭上的等温吸附过程可以用Langmuir方程较好地拟合,吸附容量的顺序为:Pb~(2+)Cu~(2+)Cd~(2+)Ni~(2+)。通过金属之间的竞争吸附实验,发现在生物炭上Pb~(2+)的竞争吸附能力最强,Cu~(2+)次之,而Ni~(2+)和Cd~(2+)竞争吸附能力较弱,其吸附过程容易受到其他二价金属离子的抑制。     

椰壳炭吸附去除四环素性能及机理研究

资源化利用椰壳炭作为吸附剂去除水中四环素,对其进行了详细表征,研究了pH值、椰壳炭投加量、四环素初始质量浓度对吸附性能的影响,并探究了吸附机理.结果表明,椰壳炭以微孔和介孔为主,比表面积达478.45 m²·g^-1.初始质量浓度为50 mg·L^-1的四环素废水,投加500 mg·L^-1椰壳炭,处理15 min,去除率可达98%.椰壳炭对四环素的吸附符合Langmuir等温吸附模型,以单分子层表面吸附为主,吸附过程符合准一级吸附动力学模型,主要为物理吸附.     

碱改性生物炭-凹凸棒制备及其对水中磷的去除

磷是动植物必不可少的营养物质．然而，地表水中过量的磷会导致水生植物和藻类的快速生长．本研究通过氯化镁对玉米芯残渣进行改性，在无氧条件下高温烧制并与碱改性凹凸棒混合，制备了一种碱改性生物炭-凹凸棒土复合物(MgO-CB-AMAP)．该碱改性生物炭具有高比表面积，达396.2 m~2/g，明显高于直接煅烧制备的生物碳(132.7 m~2/g)．进一步，评价了MgO-CB-AMAP复合物对水中磷的吸附性能．结果表明：当水中磷浓度5 mg/L、玉米芯及凹凸棒的比例为1∶3、用量为2 g/L时，6 h后磷去除率达91%，吸附量为9.7 mg/g，均高于生物炭(3.6 mg/g)和碱改性凹凸棒(6.1 mg/g)．最后，对MgO-CB-AMAP在模拟含磷污染水体中磷的吸附过程进行了动力学研究，该吸附过程符合准二级动力学模型．研究结果表明这种碱改性生物炭-凹凸棒土复合物在磷污染控制中有很好的应用前景．     

生物炭添加对土壤冻融过程中温室气体排放的影响

【目的】研究模拟生物炭添加对土壤冻融过程中二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放的影响,为冻融期土壤温室气体的减排提供参考。【方法】以伊犁河谷典型农田为研究对象,野外采集原状土柱,并在室内模拟不同幅度的冻融过程(+5 ℃、-5 ℃～ +5 ℃和-10 ℃ ～ +10 ℃),探求冻融过程中土壤CO₂、CH₄和N₂O排放对生物炭添加(0、20和40 t/hm²)的响应特征。【结果】与不添加生物炭的处理相比,添加生物炭会使冻融过程中的土壤CO₂排放量提高1.1～1.4倍,但该影响远小于冻融作用对土壤CO₂排放的促进作用(为CK的1.5～3.2倍); 虽然冻融作用未显著(P > 0.05)影响土壤CH₄的累积排放量,但生物炭的添加显著(P < 0.05)促进了45.5%～81.8%的CH₄吸收量; 冻融作用使土壤N₂O的累积排放量提高了1.3～3.0倍,生物炭降低了冻融过程中10.2%～30.9%的土壤N₂O排放量,但在多数情况下这种减小并不显著(P > 0.05)。【结论】模拟生物炭添加会增加土壤冻融过程中CO₂的排放,也会促进CH₄的吸收和N₂O的减排。     

改性花生壳生物质炭对土壤中Cr(Ⅵ)的吸附机制

为了提高土壤中重金属Cr(Ⅵ)的去除率,采用简单高效的吸附法,筛选廉价且吸附效果好的吸附剂成为土壤中重金属去除的研究热点.以农业废弃物花生壳为原料,用FeCl₃和ZnCl₂改性得到改性花生壳生物质炭(MPS),将其用于土壤中重金属Cr(Ⅵ)吸附研究实验中.考察pH值、投加量、反应温度、初始浓度和反应时间对Cr(Ⅵ)去除率的影响,并对吸附机制进行探讨.结果表明,在pH值为3时,MPS添加量为土壤质量的5%,反应温度为30℃,初始质量浓度为120 mg·L^-1,反应时间为120 min,得到的最高去除率为98.23%.参数拟合结果表明,改性花生壳生物质炭Langmuir吸附模型的相关系数R²高达0.993,准二级动力学拟合的相关系数R²为0.987,表明是单分子层反应.