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.     

农田土壤中生物炭定量方法研究进展

生物炭还田是一种绿色可持续的固碳技术,可实现农田土壤碳封存、农林废弃物高效资源化利用和土壤改良等多重目标。量化农田土壤中的生物炭不仅有助于估量其长期稳定的碳储量,为生物炭碳汇计量提供数据支撑,同时也可作为大田土壤中生物炭稳定性的评价指标。生物炭属于黑炭类物质,基于环境中黑炭的定量方法,依据测定原理将生物炭定量方法归纳为热氧化法、化学氧化法、苯多羧酸分子标记法和光学法,综述了各种方法的测试原理、技术特点及其优缺点,旨在为精准选择合适的生物炭定量方法提供技术参考。     

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.     

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.     

生物炭对厌氧消化强化作用的研究进展

厌氧消化作为当前应用于有机废弃物减量化、无害化和资源化处理的重要技术,具有良好的经济、环境和社会效益,但其在实际应用中存在酸化、氨氮抑制、微生物增殖缓慢等问题,导致底物消化不彻底、系统运行不稳定以及产气效率低下。生物炭是一种低成本、可再生的碳质材料,具有比表面积高、导电性强、元素组成和表面官能团丰富等特性,可有效强化厌氧消化过程。然而,有关生物炭强化厌氧消化的作用机制,尤其是强化机制与生物炭理化特性间的联系尚缺乏系统梳理与深入剖析,限制了生物炭在实际工程中的应用。本文综述了生物炭对厌氧消化的作用效果、强化途径以及不同制备条件对生物炭理化性质的影响,以期为生物炭强化厌氧消化过程的机理研究提供理论指导,为未来推进生物炭强化厌氧消化技术的规模化及工程化应用提供借鉴。     

城市绿地废弃物生物炭制备与应用前景

通过阐述生物炭的制备、表征、负载材料与应用的现状,探讨以城市绿地植物废弃物为原料制备生物炭及其复合材料的应用前景,提出生物炭研究发展方向,以期为生物炭资源高效利用提供参考.     

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.     

中国生物炭产业发展与创新调查研究

随着国内对生物炭研究和应用的不断深入,生物炭在农业、环境等方面的优势逐渐凸显。该文对近几年来生物炭在农业和环境保护等方面的应用现状以及对生物炭的产业发展进行了回顾和总结,同时对目前的生物炭应用过程中可能存在的一些问题进行了进一步的探讨与总结,以期为生物炭在农业和环境领域的应用和进一步发展提供参考。     

生物炭改性沥青的路用性能

为改善沥青的路用性能并兼顾环境效益,选择生物炭对沥青进行改性,采用高速剪切法制备不同掺量的生物炭改性沥青,通过沥青三大指标试验、60℃动力黏度试验、布氏旋转黏度试验(RV)、旋转薄膜烘箱老化试验(RTFOT)等对其进行性能评价。试验结果表明,生物炭可有效提高沥青材料的高温性能及温度稳定性,其掺量达到12.5%时改性效果为最佳;生物炭改性沥青的动力黏度和布氏黏度均随生物炭掺量的增加而不断增大,表明生物炭改性剂具有显著的增稠作用,可提高改性沥青的黏结及抗流动变形能力;不同生物炭掺量的残留针入度比均高于基质沥青的,软化点增量均小于基质沥青的,生物炭改性沥青的抗老化性能得以改善。此外,生物炭沥青的应用具有良好的环境效益和经济效益。     

改性生物炭对水中双酚A的吸附性能

生物炭是一种廉价而高效的绿色环保吸附剂,在水处理领域备受青睐。以芦苇和香蒲为原材料,在不同碳化温度(400,500℃)、不同碳化时间(3, 4, 5, 6 h)下制取生物炭,采用碳酸钾作为改性剂处理生物炭,并将其应用于双酚A(4,4′-Isopropylidenediphenol, BPA)废水处理。结果表明：500℃碳化5 h,碳酸钾改性剂与生物炭原料质量比为2∶1条件下制备的改性芦苇生物炭对BPA的去除效果最好;改性芦苇生物炭投加量为10 mg,接触时间为1 440 min时,吸附量可达到1.593 mg·g^-1,去除率高达97.07%。香蒲改性生物炭对BPA吸附符合准二级动力学吸附模型和Langmuir等温吸附模型,为单分子层吸附。以芦苇为材料制备的碳酸钾改性生物炭可用于BPA废水的处理,并解决湿地废弃植物造成的环境问题。     

钴镍铁氧体-生物炭的制备及对亚甲基蓝的吸附

探索废弃生物质制备磁性生物炭的方法并研究其对亚甲基蓝的吸附性能.以果树残枝为原料,采用水热法制备了一种新型磁性钴镍铁氧体-生物炭复合材料,结合扫描电镜、X-射线衍射、比表面测试、红外光谱分析和磁滞回线等手段对制备的磁性钴镍铁氧体-生物炭和生物炭进行形貌、物相、结构和磁性特性表征分析;对比考察2种材料对亚甲基蓝的吸附行为...     

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.     

生物炭的稳定性及其评价方法

围绕生物炭稳定性概念,论述了其影响因素,并对比分析生物炭稳定性的研究方法及预测模型。结果表明,生物炭稳定性的基础是其具有高度芳香化结构和土壤团聚体的保护作用,温度、原料及环境条件是影响生物炭稳定性的主要因素,生物炭稳定性最优评估方法为同位素标记法和双指数模型相结合,但其仍具有一定的局限性。在此基础上,指出不同土壤类型、轮作方式及预测模型是当前生物炭稳定性研究的前沿领域和深化方向。     

响应面法优化铁锰改性生物炭对Cd2+的吸附

以香蕉秸秆生物炭为基底,采用浸渍改性的方法,制备了一种铁锰负载生物炭用以吸附Cd2+。通过响应面法对改性生物炭制备条件进行优化,在最优制备条件下,铁锰改性生物炭对Cd2+的预测吸附量为235.64 mg·g-1,实际吸附量为221.03 mg·g-1,相对偏差为6.2%。SEM-EDS、XRD、FTIR分析结果表明,改性后的生物炭表面成功负载铁锰元素,经分析对Cd2+的吸附机理为离子交换、官能团络合、矿物沉淀和阳离子-π作用。铁锰改性生物炭对Cd2+的吸附符合Langmuir模型和准二级动力学模型,说明吸附过程是单分子层吸附和化学吸附。     

响应面法优化污泥生物炭制备工艺

市政污泥富含有机质,以其为原料制备污泥生物炭,用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)与H3 PO4复合活化剂对污泥生物炭进行改性,采样响应面方法优化的污泥生物炭改性条件为:污泥生物炭10.00 g、质量分数为40％的H3 PO440.0 mL、CTMAB质量为0.35 g、浸渍温度为50℃.用该条件下改性的污泥生物炭测定...     

负载铁生物炭的制备、表征及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能

以小麦秸秆为原料热解制备生物炭,分别用FeSO_4/FeCl_3和FeCl_3对生物炭进行表面改性。表征结果显示,改性生物炭表面存在磁性颗粒和Fe—O基团,负载铁后生物炭的比表面积和总孔体积显著增大。吸附实验结果表明,改性后生物炭吸附Cr(Ⅵ)的吸附性能优于未改性生物炭,且以FeSO_4/FeCl_3改性的生物炭吸附性能更佳,在Cr(Ⅵ)溶液初始pH为2、初始浓度为100 mg·L~(-1)、温度为30℃、振荡速率为150 r·min~(-1)、生物炭投加量为4 g·L~(-1)、吸附时间为48 h的条件下,FeSO_4/FeCl_3改性的生物炭对Cr(Ⅵ)的去除率达93.9%;负载铁生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附符合拟二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。     

不同施用量生物炭对绿豆镉吸收的阻控效应

探究不同施用量生物炭对不同生长期绿豆（Vigna radiata (L.) R. Wilczek）镉（Cd）吸收的阻控效果.通过盆栽试验,以Cd污染旱地土壤为基质,对其进行2.5%和5.0%（质量分数）的鸡粪生物炭添加处理,同时以无生物炭添加（0%）作为对照处理,所有处理均种植绿豆（生长周期为70 d）,探讨不同施用量的生物炭对结荚期和收获期的土壤pH、土壤Cd化学形态以及绿豆Cd吸收的影响.结果表明:生物炭添加降低了结荚期和收获期绿豆植株中Cd的富集,且植株地上、地下部分Cd吸收对不同剂量生物炭添加的响应存在差异.结荚期,不同施用量生物炭添加均显著降低绿豆植株根部Cd含量,添加2.5%生物炭对绿豆植株茎部Cd富集的阻控效应最强,而添加5.0%生物炭对绿豆植株叶片Cd富集的阻控效应最强;收获期,绿豆植株地上部分（叶、茎）的Cd含量表现为添加2.5%生物炭处理显著低于添加5.0%生物炭处理,植株地下部分（根）的Cd含量则表现为添加5.0%生物炭处理显著低于添加2.5%生物炭处理.生物炭添加改变了土壤中Cd化学形态的分布,显著降低了酸可提取态Cd的相对含量.在结荚期与收获期,添加5.0%生物炭的土壤其酸可提取态Cd的相对含量均最低,对同一处理不同生长期而言,添加2.5%生物炭的土壤中酸可提取态Cd占比减少的效果最显著,收获期降低幅度达26.68%.由此可见：在使用生物炭修复Cd污染土壤时,生物炭施用量、植物生长期和植物组织利用都应予以考虑.本研究结果可为农用旱地土壤污染治理与安全利用提供参考.