生物炭和乙醇改性生物炭对铜的吸附研究

为研究生物炭和乙醇改性生物炭的特性及其对铜的吸附能力,选取小麦秸秆为原料,在300、450、600℃条件下热解制备生物炭,用于研究乙醇改性生物炭的产油率、生物炭和乙醇改性生物炭的表面官能团变化、亲水性能及其对Cu~(2+)的吸附特性。结果表明:乙醇改性生物炭产油率随热解温度升高而增加。生物炭和乙醇改性生物炭不同温度接触角范围为122.6°~89.3°和96.0°~68.7°,乙醇改性生物炭亲水性明显高于未经改性生物炭。生物炭和改性生物炭对Cu~(2+)的吸附符合二级动力学模型,生物炭吸附速率常数达1.535 g·mg~(-1)·h~(-1),乙醇改性生物炭为1.073 g·mg~(-1)·h~(-1)。二者对Cu~(2+)的等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,生物炭和乙醇改性生物炭最大吸附量分别为44.3 mg·g-1和41.7 mg·g-1,说明使用乙醇萃取生物炭生物质油后,仍能保持90%左右的Cu~(2+)吸附效率。     

热解工艺对生物炭产量的影响

为了揭示炭化条件与生物炭产率之间的关系,以油菜秸秆为实验材料,通过无氧炭化法来研究炭化温度、炭化时间和炭化时的升温速度对生物炭产率的影响。结果表明:温度从300℃升高至900℃,产率从40.17%降低至19.40%;300℃、600℃和900℃炭化时间从5min增至150min,产率分别为42.58%~48.76%,27.32%~30.15%,18.55%~25.11%;600℃升温速度从50℃/h增至250℃/h,产率从29.00%~28.60%降低至26.04%~26.88%。可见,热解温度是影响油菜秸秆生物炭产率的重要因素,而炭化时间和升温速度对油菜秸秆生物炭的产率影响较小。     

定量分析秸秆和猪粪生物炭对镉的吸附作用

为定量研究生物炭对镉(Cd)的吸附作用,以灰分含量不同的小麦秸秆(W)和猪粪(P)为原材料,分别在300℃和700℃下热解制备4种生物炭(WBC300、WBC700、PBC300和PBC700),定量分析了生物炭对Cd的吸附作用。结果表明:除灰后生物炭对Cd的吸附能力显著下降38.5%～83.0%,且除灰处理对BC700影响较BC300大。生物炭无机组分主要通过沉淀作用和离子交换作用吸附溶液中的Cd,有机组分主要通过含氧官能团的络合作用吸附Cd。在pH 5.0、Cd初始浓度为200 mg·L-1条件下,沉淀作用、离子交换作用和络合作用在PBC300吸附Cd的过程中贡献率分别为52.1%、32.2%和15.5%,PBC700分别为91.9%、5.10%和2.96%,WBC300分别为23.9%、36.2%和39.9%,WBC700分别为63.5%、21.8%和14.7%。研究表明,随着生物炭热解温度的升高,沉淀作用在生物炭吸附Cd的过程中贡献率升高,而离子交换作用和络合作用贡献率下降;无机沉淀作用和离子交换作用为灰分含量较高的生物炭吸附Cd的主要机理。     

热解温度和时间对马弗炉制备生物炭的影响

为总结马弗炉制备生物炭的经验和明晰热解温度和时间对生物炭性质的影响,以玉米秸秆为原料,在不同热解温度(400,500,600℃)和时间(2,3,4,6,8h)交叉条件下,在实验室用马弗炉烧制生物炭,计算生物炭的产率,测定其碳和氮含量,并总结利用马弗炉制备生物炭的经验。结果表明:不同热解条件下,生物炭的产率为11.2%~32.1%,生物炭的碳含量为60.9%~77.3%,全氮含量为1.1%~2.8%,C/N为23.5~71.6。随着热解温度的升高,生物炭的产率降低,400℃时为20.5%~32.1%,500℃时为12.6%~19.4%,600℃时为11.4%~16.8%。随着热解时间的延长,生物炭的产率有降低的趋势。生物炭的碳含量随热解温度升高而增加(400℃时为60.9%~63.2%,500℃时为62.6%~71.8%,600℃时为66.3%~77.3%),随热解时间呈无规律变化。生物炭的全氮含量及C/N随热解时间和温度的变化没有明显的规律。对马弗炉制备生物炭的建议为:(1)烧制生物炭时,使用锡箔纸包裹坩埚外壁,可以防止秸秆被烧成灰,使生物炭的产率保持稳定,但是锡箔纸不可重复使用;(2)热解温度不要超过700℃,当超过700℃时,部分秸秆会被烧成灰,生物炭的产率很低;(3)烧制结束后,关闭马弗炉电源,待炉内温度降低后,再打开炉门,这样可以避免高温生物炭与冷空气的接触。综上所述,马弗炉热解是实验室较低温度下(小于700℃)制备生物炭的一种有效方法。     

原料和温度对热带农林秸秆生物炭多环芳烃的影响

【目的】多环芳烃(PAHs)对人体健康存在危害,而生物质裂解过程中可产生PAHs,了解温度和原料对生物炭性质及PAHs影响具有重要实践意义。【方法】选取热区海南5种典型农林秸秆(椰壳、香蕉秆、橡胶杆、水稻秆和荔枝杆)在不同温度下(300、500和700℃)缺氧裂解制备生物炭,探讨原料和温度对生物炭基本属性以及PAHs的影响。【结果】(1) 5种生物炭产率都随温度升高而下降,700℃平均产率为33%; pH和碳氢比随温度升高而增大,700℃时生物炭pH均值为9.8;木质原料生物炭碳氢比高于草本原料; 500℃下各秸秆生物炭含碳量最高,均值为61.6%。(2)原料和温度主要影响生物炭中多环芳烃浓度而非种类,各生物炭中都以萘浓度最高,其次为菲、芴和蒽等。700℃下制备的生物炭中PAHs浓度相对较低,对应的原料为橡胶杆和椰壳;(3)各生物炭中多环芳烃浓度都未超标准,可以合理生产施用。【结论】研究结果可为热区生物炭制备和推广应用提供数据支持。     

不同材料生物炭和施用量对小麦和黄瓜种子萌发和根茎生长的影响

为明确不同生物炭材料和添加量对小麦和黄瓜种子萌发和根茎生长的影响,通过分析4种不同材料制备生物炭[花生壳生物炭(PBC)、玉米秸秆生物炭(MBC)、杨木屑生物炭(ABC)和竹屑生物炭(BBC)]组分特征,及设计发芽培养试验,测定4种生物炭的不同添加量(0、20.0、40.0、80.0、160.0 g·kg~(-1))对小麦种子(须根系)和黄瓜种子(直根系)发芽率和根、茎生长的影响。结果表明:4种生物炭均呈碱性,孔隙结构明显,表面有-O-、-OH、-C=O等含氧官能团。各生物炭除含有对植物生长有利的营养元素外,其浸提液和施用土壤也测出多种PAHs有机化合物,且不同材料生物炭PAHs含量存在显著差异。与CK相比,生物炭对小麦和黄瓜种子的发芽率无显著影响,但对其根、茎生长影响显著。随着生物炭添加量的增加,两种作物根长和茎长均表现出低添加量促进、高添加量抑制的趋势,达到160.0 g·kg~(-1)生物炭对两种作物的根长和茎长均表现出明显抑制作用。PBC添加量在80.0 g·kg~(-1)时,小麦根长、茎长提高101.67%和173.82%,对黄瓜根长、茎长分别提高了31.58%和85.14%,效果最优;而MBC、ABC和BBC则在添加量为40.0 g·kg~(-1)时达到最优效果,小麦根长、茎长生长率提高了45.26%～83.49%和79.30%～133.17%,对黄瓜根长、茎长生长率提高了18.55%～39.77%和63.14%～84.00%。总体上,各生物炭处理对须根系小麦种子根长和茎长的促进效果优于直根系黄瓜种子。研究表明,不同原料生物炭组分和性质差异显著,其材料种类和投入量均极显著影响小麦和黄瓜根、茎早期生长,且交互作用显著,因此,根据生物炭制备材料,探讨其理化特性,并筛选其最适用量,对生物炭的安全应用具有重要意义。     

600℃秸秆生物炭对典型黑土阳离子交换性能和盐基离子组成的影响

为促进生物炭在黑土区农业生产上的合理应用,采用盆栽试验的方式,供试植物为油菜,共设4个处理,土壤中生物炭添加量分别为0,100,200,300g·kg~(-1),研究了高温秸秆生物炭对典型黑土阳离子交换量和盐基离子组成的影响。结果表明:添加高温秸秆生物炭导致黑土阳离子交换量降低,当生物炭用量为300g·kg~(-1)时显著低于不添加生物炭的土壤;黑土添加高温秸秆生物炭后,交换性Ca~(2+)含量下降,交换性Na~+含量变化不显著,而交换性K~+和Mg~(2+)含量上升。通过本研究,建议土壤中高温裂解生物炭用量不超过300g·kg~(-1),对土壤阳离子交换量不会有显著影响。     

生物炭对水稻根际微域土壤Cd生物有效性及水稻Cd含量的影响

采用根际箱培养的方式,研究了在Cd污染土壤中施用生物炭对根际和非根际土壤pH值、Cd生物有效性及Cd在水稻植株不同部位累积量的影响。结果表明:土壤pH值随着输入生物炭比例增加有上升趋势。在不同用量生物炭添加下,根际和非根际土壤Cd有效态含量均有下降,其中,根际土壤在中用量(50 g·kg~(-1))生物炭处理下降幅最大,达13.9%;非根际第一、二层土壤在高用量(100 g·kg~(-1))生物炭处理下达显著差异(P0.05),分别下降了27.4%和22.9%,而第三层土壤Cd有效态含量在中用量(50 g·kg~(-1))处理下效果最明显,下降了29.2%。施加生物炭均降低水稻各部位Cd含量,且与对照相比,水稻根和糙米中Cd的含量在中用量(50g·kg~(-1))生物炭处理下达显著性差异(P0.05),分别下降了49.8%和81.2%;茎叶和稻壳分别在高用量(100 g·kg~(-1))和中用量(50 g·kg~(-1))处理下降幅最大,分别下降了28.2%和47.1%。由此可见,在Cd污染土壤中添加一定量的生物炭能提高土壤的pH值,降低土壤中Cd的生物有效性并抑制水稻对Cd的吸收。     

生物炭对铜胁迫下红壤地油菜苗期叶绿素和保护性酶活性的影响

通过盆栽试验,研究了不同生物炭添加量(质量分数为0、2%、5%)对铜胁迫(300 mg·kg~(-1))下红壤地油菜(Brassica campestris L.)苗期叶绿素含量、抗氧化酶活性[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)]、可溶性蛋白含量及丙二醛含量(MDA)的影响。结果表明:铜胁迫下油菜叶片的叶绿素a、b和总叶绿素含量均有所降低,SOD、CAT、POD、MDA及可溶性蛋白含量均增加;随着生物炭添加量的增加,油菜叶片的叶绿素a、b及总叶绿素含量呈上升趋势,油菜叶片的SOD、CAT、POD、MDA及可溶性蛋白含量则均呈一定的下降趋势。综合来看,施加生物炭有利于提高红壤地铜污染(300 mg·kg~(-1))中油菜苗期的叶绿素含量,减缓铜胁迫的毒害作用,从而有利于维持油菜正常生长。     

麦秸生物炭添加对猪粪中温厌氧发酵产气特性的影响

为探明不同热解温度生物炭添加对猪粪中温厌氧消化产气的影响,以400、500、600℃热解制成的麦秸生物炭(BC400、BC500、BC600)为研究对象,采用批次发酵试验,探讨了生物炭添加对猪粪中温(37±1)℃厌氧发酵产气特性的影响。研究结果表明:麦秸热解生物炭可显著(P0.05)提高猪粪发酵系统的产气潜力和甲烷含量,其影响从大到小依次为BC600BC500BC400。厌氧发酵49 d期间,添加生物炭处理的产气量和产甲烷量分别为260.7~288.7 m L·g~(-1)VS和163.7~185.5 m L·g~(-1)VS,较纯猪粪处理提高了77.1%~96.1%和78.1%~101.8%。同时,添加生物炭可明显提高猪粪厌氧发酵系统的消化效率(T90),缩短厌氧发酵的延滞期。不同热解温度麦秸生物炭对猪粪厌氧消化产气特征的影响明显不同,对畜禽养殖场沼气工程运行中的物料选择和条件优化有实际的指导意义。     

几种生物质热解炭基本理化性质比较

生物炭由生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温裂解形成,是土壤改良和废弃物处理的良好改良剂。选取五种生物质原料(大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳和松针,均为农林废弃物),经300、400、500、600和700℃热解2 h,测定其结构及理化性质。研究结果表明,生物炭炭化结构良好清晰;生物质形成生物炭在BET比表面积、T-PLOT微孔容积、p H和阳离子交换量值方面均随热解温度升高而升高,大豆秸秆和玉米秸秆比表面积在700℃时达到最高;平均孔径随热解温度升高有一定程度下降;700℃下水稻秸秆和稻壳形成生物炭具有最高硅含量。除松针炭外,其余各生物炭呈碱性。     

生物质原料及炭化温度对生物炭产率与性质的影响

本研究以竹片、山核桃壳、水稻及油菜秸秆等4种生物质为原料,通过热重分析研究各生物质材料性质与热解特性及生物炭产率之间的关系;并在300～700 ℃下热解6 h制备生物炭,分析生物炭的元素组成及官能团结构。结果表明,在低温段（300～400 ℃）,生物质材料中的纤维素、木质素等组分对生物炭产率影响较明显,木质素含量高的材料产率较高;而400 ℃以上则是灰分含量对生物炭产率影响较大,水稻及油菜秸秆由于灰分含量高,其400 ℃以上的生物炭产率高于竹片及山核桃壳。随着炭化温度的升高,生物炭灰分含量增加,无灰基的碳含量增大,稳定性增强;仅水稻秸秆炭由于灰分含量较高,在高温（500～700 ℃）条件下仍有部分含氧官能团存在。综上,生物炭在一定温度下的产率取决于生物质材料来源,而生物炭的稳定性则主要由炭化温度决定,且温度越高,性质越稳定。     

浙东北油菜产区土壤肥力状况及其评价

于2010年测定了杭州市桐庐县514个油菜地土壤肥力。结果表明,桐庐县油菜地土壤的有机质含量为168～300 g·kg-1,平均233 g·kg-1,土壤全氮含量为093～234 g·kg-1,平均173 g·kg-1;碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为(187～2680),(06～1331)和(1～238)mg·kg-1,平均含量分别为827,157和636 mg·kg-1。桐庐县油菜地土壤碱解氮和速效钾缺乏面积分别占总面积的681%和693%,速效磷缺乏面积占总面积的467%。油菜产量与土壤碱解氮含量极显著正相关(r=0851**,n=15),与速效磷含量显著正相关(r=0553*,n=15),而与土壤有机质、全氮和速效钾含量无显著相关性。     

北京东南郊再生水灌区土壤PAHs污染特征

采用Eijkelkamp土壤采样器对北京东南郊再生水灌区进行了3个钻孔剖面采样,同时采集了灌溉用水及地下水样品,并采用气相色谱-质谱联用仪对16种多环芳烃(PAHs)进行定量分析。结果表明,表层土壤中有14种PAHs检出,浓度在0.4～53.1μg·kg-1之间,∑PAHs平均含量为206.7μg·kg-1,达到了土壤污染临界值;表层以下PAHs的检出种类和含量显著减少,以中、低环的萘、菲、芴、荧蒽、芘为主,∑PAHs仅占表层的3.8%～12.0%,从剖面PAHs含量变化可以判断,低环PAHs较易迁移,迁移性强弱顺序为萘、芴>菲>芘、荧蒽;污灌区表土中PAHs组成与大气降尘接近,但与再生灌区有明显差异,这种差异主要由于灌溉用水不同所造成;再生水灌区表土以下土壤剖面检出的PAHs与再生水中的PAHs一致,说明再生水灌溉是导致土壤剖面PAHs污染的主要原因,同时地下水中检出的PAHs种类也与土壤剖面基本一致,但含量较高,可能是早期污水灌溉所造成。     

炭化条件对猪粪水热炭主要营养成分的影响

以猪粪为原料,采用水热炭化法将猪粪转化为水热炭。考察了炭化温度（160,180,200,220和240 ℃）,炭化时间（1,5,8 h）和原料含水率（70%,75%,80%）等条件对水热炭中主要营养成分及其回收率的影响。结果表明:猪粪水热炭中营养成分质量分数较高,其中有机碳质量分数为232.0~328.0 g·kg-1,总氮为25.2~31.8 g·kg-1,磷全量为21.5~30.6 g·kg-1,钾全量为3.4~12.5 g·kg-1。当炭化温度从160 ℃升到240 ℃,水热炭中氮和有机碳回收率均降低,其中氮从66.29%降到41.95%,有机碳从49.61%降到29.07%。钾质量分数降低最大,为7.5 g·kg-1;磷质量分数升高了7.7 g·kg-1,但磷回收率几乎不变。炭化时间和原料含水率对水热炭的主要营养成分质量分数的影响较小,影响趋势与炭化温度相似。因此,炭化温度是影响水热炭成分质量分数的主要因素。     

磁性生物质炭对水体中芘的去除效果研究

以柳树枝为原料,于600℃制备原始生物质炭LZ,再通过化学沉淀法制备两种磁性强度不同的生物质炭LZ1.5和LZ2.5。利用静态氮吸附(BET-N2)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等分析手段对生物质炭的表面结构和化学组成等理化性质进行表征,并研究生物质炭对水体中芘的吸附行为。结果表明:原始生物质炭在24 h吸附即达到表观吸附平衡,磁性生物质炭在72 h吸附达到表观吸附平衡;LZ1.5的吸附效果最佳,其最大吸附容量Qm=2 758.6μg·g-1,其次是LZ2.5和LZ,Qm分别为833.3、322.6μg·g-1;LZ1.5投加量在375 mg·L~(-1)时,芘的去除率达到90%以上。三种生物质炭的吸附行为均符合Freundlich模型和Langmuir模型。磁性生物质炭对芘吸附较多的原因一方面在于其保留了原有的芳香性官能团,另一方面是Fe3O4的存在造成了磁性炭表面微孔化以及表面羟基化。     

贵州草海上覆水与沉积物中砷的分布特征及扩散通量估算

对草海不同区域沉积物上覆水及孔隙水、附近河流和雨水中砷的含量与分布特征进行了分析,并利用一维孔隙水扩散模型估算了砷在沉积物-水界面的扩散通量。结果表明:草海出口砷含量为1.59μg·L~(-1),明显高于流入草海的水体端元(平均值0.32μg·L~(-1))和雨水(0.37μg·L~(-1))中砷浓度;草海上覆水中砷的空间分布表现为挺水植物区(2.99~3.45μg·L~(-1))沉水植物区(1.79~2.34μg·L~(-1)),垂直分布上无明显变化,挺水植物区上覆水体中的砷以As(Ⅲ)(H_3AsO_3)形态存在,沉水植物区上覆水体中的砷以As(Ⅴ)(HAsO~(2-)_4)形态存在;而沉积物和孔隙水中总砷含量垂直方向上波动较大,规律与上覆水相似,均表现为挺水植物区沉水植物区,其中挺水植物区沉积物砷含量为19.86~36.45 mg·kg~(-1),平均值27.84 mg·kg~(-1),沉水植物区沉积物砷含量为13.05~32.32 mg·kg~(-1),平均值19.79 mg·kg~(-1);草海挺水植物区和沉水植物区三处取样点在沉积物-水界面的扩散通量分别为73.84μg·m~(-2)·d~(-1)和18.99、11.45μg·m~(-2)·d~(-1),均表现为沉积物孔隙水中的砷向上覆水释放,揭示沉积物可能是草海水体中砷重要的输入源。     

多功能柱净化柱后电化学衍生法检测花生中的黄曲霉毒素

建立了多功能净化柱(MFC)净化-高效液相色谱法测定花生中黄曲霉毒素的方法,试样经乙腈-水提取,稀释,经多功能柱净化后进行检测,方法的检出限为0.2μg·kg-1,检测限为0.5μg·kg-1,相对标准偏差5.28%～9.56%,回收率85%～110%。该方法操作简便、准确,回收率高、精密度良好、重现性好,能够满足欧盟对花生黄曲霉毒素检测的限量要求。     

高效液相色谱法测定鳗鲡各组织中的乙酰甲喹残留量

建立鳗鲡各组织中乙酰甲喹残留量的高效液相色谱测定方法,高效液相色谱检测条件为:采用SunFireTM C_(18)柱(4.6mm×150mm,3.5μm),柱温35℃;以甲醇∶水(40∶60,体积比)为流动相,流速为0.8mL·min~(-1);采用二极管阵列检测器,检测波长239nm。结果表明:在0.05~2.5μg·mL~(-1)范围内,乙酰甲喹具有良好的线性关系,含量与峰面积的相关系数达0.999以上;乙酰甲喹在鳗鲡肌肉、肾、肝和血浆中的检出限分别为3μg·kg~(-1)、15μg·kg~(-1)、15μg·kg~(-1)、15μg·L~(-1),鳗鲡各组织中乙酰甲喹回收率在76%~90%,相对标准偏差均小于10%(n=6)。本方法简便、快捷、灵敏度高,具有良好的重复性,满足鳗鲡各组织基质内乙酰甲喹残留量的快速定量分析的要求。