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。     

水稻秸秆生物炭对诺氟沙星的吸附性能研究

以水稻秸秆为原料,在300℃、400℃、500℃和600℃4个温度下制备生物炭,分别利用Boehm滴定、比表面积等方法对其进行表征,并研究了4种生物炭对诺氟沙星的吸附特征。结果表明,随着热解温度的升高,生物炭产率下降,表面碱性官能团数量和比表面积逐渐增加。4种生物炭对诺氟沙星的吸附率为B600B500B400B300,在投加量为0.4 g时,B600和B500的吸附率几乎接近100%,远高于B400和B300。对4种生物炭对诺氟沙星的吸附等温线进行拟合,B600符合Langmuir方程,其余3种符合Freundlich方程。4种生物炭对诺氟沙星的吸附反应过程满足准二级动力学方程,相关系数R20.9887,其中B300对诺氟沙星的吸附速率最大。     

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。     

不同热解温度下生物质废弃物制备的生物质炭组成及结构特征

以玉米秸秆、 树枝和树叶3种生物质废弃物为原料, 分别采用差热/热重分析(TG/DTG)、 红外光谱(FT IR)、 Boehm滴定及X射线衍射（XRD）方法考察热解温度为350,550,750 ℃时制备的生物质炭结构及组成特征. 结果表明： 玉米秸秆原料的热稳定性最低, 热解过程中质量损失最大, 其次是树枝和树叶; 玉米秸秆原料的XRD谱弥散程度最大, 构成炭的微晶层数相对较少; 不同原料在相同温度制备的生物质炭, 其单位质量含有的表面官能团种类和总量相近, 但pH值差别较大, 其中玉米秸秆制成的生物质炭pH最大; 随着温度的升高, 相同原料制备生物质炭的芳香化程度增加, 表面官能团总量减少, pH值升高, 纤维素和半纤维素特征峰消失, 结构趋于石墨微晶.     

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.     

水稻秸秆生物炭对水中Cd2+的吸附性能

以水稻秸秆为材料,在不同温度下缺氧焙烧制备生物炭.进行FT-IR分析和比表面积测定;利用生物炭对模拟镉污染废水进行吸附试验.结果显示:制备的生物炭含有较多的含氧官能团,且比表面积较大;焙烧温度越高、时间越长,制备的生物炭吸附性能越强,但产率较低.综合分析可知,600℃下焙烧1 h制备生物炭经济合算,吸附效果良好,比表面积可达177.1 m2/g,对废水中Cd2+的去除率接近90％.     

不同生物质为原料的热解生物炭对Pb~(2+)的吸附作用

为了探讨生物质种类对制备热解生物炭吸附去除污染物性能的影响,以水曲柳、花生壳及牛粪为生物质原料,在400℃下热解4 h制备生物炭(FM-BC、PS-BC和CM-BC).对生物炭的产率、灰分、元素组成和表面官能团的变化进行了分析.结果表明,牛粪生物炭的产率最高(57.9%)、灰分最高(66.9%),同时碱性基团和酸性基团数量之比最大.用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)及场发射扫描电子显微镜(FESEM)进行了表征,结果表明,除牛粪生物炭外,其他两种生物炭生成了完全无定形的碳;观察生物炭的形貌,都呈现出多孔炭架结构,孔隙结构非常丰富,并且PS-BC的孔道轮廓更清晰完整.以Pb~(2+)为模型污染物,通过序批式吸附实验比较了不同生物炭的吸附性能,研究了其吸附热力学和动力学行为.在25℃及p H=5.5条件下,FM-BC、PS-BC和CM-BC对Pb~(2+)的饱和吸附量分别为11.99、31.9和197.99 mg·g~(-1),吸附能力由大到小的顺序为CMBCPS-BCFM-BC.吸附速率常数分别为0.001 37 g·mg-1·min~(-1),0.000 78 g·mg~(-1)·min~(-1)和0.068 g·mg~(-1)·min~(-1),吸附速率由大到小的顺序为CM-BCFM-BCPS-BC.研究证明,生物质的种类影响着生物炭对Pb~(2+)的吸附性能.     

麦秸生物质炭对活性艳红KD-8B的吸附性能研究

以小麦秸秆为原料,采用限氧裂解法制备生物质炭,研究生物质炭对水中活性艳红KD-8B的吸附性能,考察了炭化温度,溶液pH,溶液初始浓度,吸附剂量,吸附时间对吸附效果的影响.结果表明在炭化温度为600℃,pH值为2.0,初始浓度为50mg/L的活性艳红溶液中加入7.0g/L麦秸生物质炭,吸附30min后,对活性艳红的吸附率可达90%以上.从生物质炭官能团和微观结构对秸秆生物质炭吸附活性艳红KD-8B的吸附机理进行了分析探讨.     

蚓粪生物炭的制备、氧化处理及表征

将蚯蚓粪便慢速热解制成蚓粪生物炭(VB),使用一定浓度的硝酸和硫酸分别对其氧化处理,得到氧化后的蚓粪生物炭(OVB)。利用扫描电镜、红外光谱等研究了OVB的孔隙、表面官能团情况,考察了氧化剂种类、浓度及处理时间对OVB吸附性能的影响。结果表明,20%硝酸氧化2 h制得的OVB-N-20%-2,其孔隙较发达、均匀,且对亚甲基蓝的去除效果最好。经红外谱图分析,VB、OVB-S-95%-2(VB经95%硫酸氧化2 h)及OVB-N-20%-2官能团特征吸收峰位置相近,且在1 600 cm~(-1)附近与800~600 cm~(-1)均有吸收峰,表明蚯蚓粪便经高温热解制备的生物炭具有芳香性。     

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.     

蚓粪生物炭的氧化处理研究

将蚯蚓粪便慢速热解制成蚓粪生物炭(VB),使用一定浓度的硝酸和硫酸分别对其氧化处理得到氧化后的蚓粪生物炭(OVB)。利用扫描电镜、红外光谱研究了OVB的孔隙、表面官能团情况,考察了氧化剂种类、浓度及处理时间对OVB吸附性能的影响。结果表明,20%硝酸氧化2 h制得的OVB-N-20%-2,其孔隙较发达、均匀,且对亚甲基蓝的去除效果最好。经红外谱图分析,VB、OVB-S-95%-2(VB经95%硫酸氧化2h)及OVB-N-20%-2官能团特征吸收峰位置相近,且在1600cm-1附近与800cm-1-600 cm-1均有吸收峰,表明蚯蚓粪便经高温热解制备的生物炭具有芳香性。     

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.     

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。     

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。     

木质素基生物炭制备及对亚甲基蓝的吸附性能

研究温度对生物炭得率、吸附性能的影响.采用无氧慢速热解的方法,以酶解木质素为原料,制备不同温度下的生物质炭,测定热解得率、生物炭得率、挥发分、灰分及对亚甲基蓝的吸附值.热解试验结果表明:随着炭化温度从300℃逐渐升高到700℃,热解得率先降低后升高,挥发成分先升高后降低,生物炭得率先降低后升高.在500℃时,热解得率和生物炭得率分别为54.09%和50.77%,灰分含量为3.32%,挥发分含量为45.91%;热解温度为300℃时,木质素基生物炭对亚甲基蓝的吸附值最大,为37.31 mg/g;热解过程中,C—H、C=O键断裂.     

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.     

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.     

秸秆改良土壤对玉米生长发育特征的影响

为探讨秸秆不同处理方式对玉米生长发育特征的影响,将破碎秸秆、腐熟秸秆和秸秆炭添加到模拟施肥的土壤中,研究了秸秆还田后对玉米生长发育特征的影响。结果表明,在不同施肥模式下,秸秆不同处理方式对玉米株高促进作用的顺序为:2.0%秸秆炭1.0%秸秆炭0.5%秸秆炭腐熟秸秆破碎秸秆;秸秆炭处理均能提高玉米的叶宽。在传统施肥模式和测土配方施肥模式下,单穗籽粒重提高5%~7%;秸秆炭处理都能提高玉米产量(P0.05)。     

水稻秸秆-猪粪生物炭对黑麦草修复铀污染土壤的影响与机制

以水稻秸秆和猪粪为材料,采用限氧控温法在400℃下制备生物炭,并分析其理化性质。通过盆栽实验,考察了不同配比的生物炭对黑麦草富集铀的影响及铀胁迫下黑麦草的生理生化响应规律。实验结果表明,混合生物炭的碱性随水稻秸秆含量的增加而增强,而生物炭的灰分随水稻秸秆含量的增加而减少。混合生物炭对黑麦草富集铀和转运铀的效果有较显著的提高,根部的铀富集效果明显优于茎叶部。水稻秸秆与猪粪质量配比为1∶1的混合生物炭效果最好,在土壤铀质量浓度为5mg/kg时,黑麦草对铀的富集量达746.79 mg/kg,比未施加生物炭的黑麦草提高了47.61%。施加混合生物炭后,黑麦草体内的丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量明显减少,可溶性蛋白和光合色素含量增加,说明混合生物炭能有效缓解铀胁迫下黑麦草的逆境伤害程度和重金属迫害性,对植物生长及铀的富集有良好的促进作用。     

松木生物炭联合油菜修复铅污染农田的效应

本研究旨在探究松木生物炭联合油菜修复Pb污染农田土壤的效应。在湖南省湘潭县某地的Pb污染农田中施用不同量(0、200、400、600 g/m²)的松木生物炭改良土壤,研究了松木生物炭对油菜生物量、根际土壤中Pb质量比与形态分布及油菜各器官中Pb的累积和转运的影响。结果表明:施用400和600 g/m²松木生物炭显著降低了油菜根际土壤中Pb的质量比,且Pb的质量比低于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中规定的Pb的风险筛选值。松木生物炭增加了油菜根际土壤中Pb的可还原态比例,降低了其残渣态比例,促进了油菜植株对Pb的吸收和累积;400和600 g/m²生物炭处理的植株中Pb总量较对照组显著增加,植株的生长受到抑制。生物炭改变了Pb在油菜器官中的累积与分配格局;油菜根、茎部位中Pb的质量比增加,而籽粒中Pb的质量比显著降低;400 g/m²生物炭处理的籽粒中Pb的质量比达到最小值。这些结果综合表明,施用≥400 g/m²的松木生物炭联合油菜可以修复Pb污染农田,且显著降低油菜籽粒中Pb的质量比。