高低硅秸秆生物炭的表征及对Cd2+的吸附特性与机理

采用野生型水稻(WT,高硅)和硅缺失突变体水稻(lsi1,低硅)秸秆为原材料制备成300、500、700℃3种温度生物炭,探究高低硅秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附特性及作用机制。野生型和突变型水稻秸秆原料总硅含量分别为17.88%和7.42%,制备出的高硅生物炭相对于低硅生物炭具有较高的硅含量、较大的比表面积和孔径。通过元素分析、电镜能谱扫描分析(SEM-EDS)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)以及比表面积分析(BET-N₂)等对两种生物炭进行分析,结果表明随温度上升两类生物炭均表现出产率下降、pH增大、比表面积上升,高低硅生物炭均能在471、788、1 090 cm^-1波峰处观察到Si-O-Si键。吸附实验表明,高低硅生物炭均在pH为6、固液比为1 g·L^-1时对水溶液中Cd²⁺吸附效果最佳。吸附动力学模型结果表明,高低硅生物炭的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型(R²>0.9),说明该过程以化学吸附为主。通过Langmuir和Freundlich模...     

马铃薯生物炭对土壤中Cd的钝化效果

【目的】 研究马铃薯生物炭对土壤中镉的钝化效果。【方法】 以马铃薯秸秆为原料,研究不同温度制备的3种生物炭(B300、B400、B600)对水中Cd²⁺的吸附效果;采用室内培养实验,研究不同添加量(0.5%、1.5%、3.0%)生物炭(B400℃)对2种宁南山区典型土壤(黑垆土和山地草甸土)的pH、有机碳及DTPA-Cd含量的影响;采用盆栽试验,分析生物炭对土壤中Cd的钝化效果。【结果】 3种生物炭对Cd²⁺吸附能力的大小顺序为:B400>B300>B600;生物炭显著降低2种土壤中DTPA-Cd含量,其中3.0%添加量效果最好,黑垆土DTPA-Cd含量降低幅度大于山地草甸土;2种土壤的pH值和有机碳含量均与各自DTPA-Cd含量变化呈现显著的负相关;3.0%添加量的马铃薯生物炭能促进玉米的生长,降低玉米对Cd的吸收,有效抑制Cd由土壤到玉米体内的转移。【结论】 马铃薯秸秆生物炭对2种土壤中Cd的钝化效应明显。     

热解温度对烟秆生物炭性状及其吸附Cd2+特性的影响

【目的】我国烟草生产中产生的大量烟秆是一个亟待解决的问题，通过热解炭化技术处理制备成生物炭，并表征其理化特性，探求其吸附重金属Cd²⁺特性，从而为烟秆资源化利用需求途径提供数据支撑。【方法】以烟秆作为制备生物炭的原料，分别以300、400、500、600、700℃5个温度热解，通过多种表征技术手段、室内批量吸附试验和吸附动力学试验，研究热解温度、结构特性对Cd²⁺吸附的影响。【结果】不同温度热解烟秆生物炭的性状及对Cd²⁺吸附特征存在明显差异，热解温度从300℃提高到700℃时，pH从9.05增加到11.54;H、O、N含量及H/C、O/C及(O+N)/C的原子比例随热解温度的提高而降低，显现出高温热解的生物炭芳香结构更加复杂而稳定；低温烟秆生物炭的比表面积较大，但高温下表面孔隙结构更为发达。准二级动力学方程和颗粒内扩散方程能很好拟合不同温度烟秆生物炭对Cd²⁺的吸附过程，表明吸附是异质性化学吸附；高温热解烟秆对Cd²⁺吸附能力强，其表面丰富的孔隙结构可增强对Cd^2+...     

菌渣基生物炭、磷矿粉、壳聚糖复配比筛选及复合材料对Cd2+的吸附特征

试验以菌渣基生物炭为主要原料,采用超声波振荡复配磷矿粉和壳聚糖,通过批量水吸附试验筛选出复合材料最佳质量比;并在此基础上,从材料添加量、溶液pH、吸附时间和Cd溶液初始质量浓度方面探究菌渣基生物炭和复合材料对Cd²⁺吸附的影响。结果表明,菌渣基生物炭、磷矿粉和壳聚糖最佳质量比为7∶1∶2;不同Cd溶液质量浓度下,复合材料对Cd²⁺的吸附率均高于菌渣基生物炭,随着Cd溶液初始质量浓度的增加,二者的吸附率差距逐渐增加;在pH值为7、100 mg/L Cd溶液中添加0.6 g复合材料与菌渣基生物炭时,二者对Cd²⁺的吸附率相差最大;复合材料经过5次解析后吸附率均在65%左右;加入外源离子会抑制菌渣基生物炭和复合材料对Cd²⁺的去除率,但对复合材料的抑制效果弱于菌渣基生物炭;当Cd溶液质量浓度为100 mg/L时,菌渣基生物炭和复合材料添加量为0.6 g,振荡240 min后吸附量分别达到3.859、6.310 mg/g;复合材料对Cd²⁺的吸附过程与拟二级动力学和Langmuir模型...     

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450℃和600℃下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明：对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr（Ⅵ）的吸附性能大小顺序为：玉米秸秆 > 生物炭300℃ > 生物炭450℃ > 生物炭600℃;当溶液初始pH=1时,对Cr（Ⅵ）的吸附性能大小顺序为：生物炭300℃ > 玉米秸秆 > 生物炭450℃ > 生物炭600℃,且生物炭300℃对Cr（Ⅵ）的最大吸附量约为141.24 mg·g^-1。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附。     

猪粪沼渣制备生物炭的磷形态转化分析

以猪粪厌氧发酵沼渣为原料,在不同温度条件下制备生物炭,并比较其理化性质的差异。热解获得的生物炭pH在8.50~9.99,均偏碱性。生物炭富含磷元素,且具备较大的比表面积(14.41~24.20 m²·g^-1),可用于制备炭基缓释肥。采用分级提取方法探究猪粪沼渣制备生物炭过程中磷的形态转化。结果表明,热解制备生物炭过程中总磷含量在生物炭中富集,从初始物料中的12.14 mg·g^-1提升至16.35~18.86 mg·g^-1。猪粪沼渣和生物炭中的总磷均主要以无机磷形式存在(>80%),且随着热解温度的升高,不稳定形态的非磷灰石无机磷逐渐向更为稳定的磷灰石无机磷转化。综合考虑生物炭施用到土壤中磷的有效性,炭化温度宜控制在550 ℃。     

玉米秸秆生物炭对磷酸三（2-氯异丙基）酯的吸附特性及机理

为探究生物炭对磷酸三(2-氯异丙基)酯(TCIPP)的吸附机理及pH、温度和吸附剂添加量对吸附效果的影响,以玉米秸秆为原料,经500℃限氧热解制备生物炭,通过元素分析、FTIR及XPS等方法分析了生物炭吸附前后表面官能团及元素的变化。结果表明,生物炭对TCIPP的吸附过程更符合准二级动力学(R²=0.964 1)和Temkin(R²=0.994 8)方程,吸附过程以化学吸附为主且存在分子间作用力;生物炭对TCIPP的吸附过程包括液膜扩散、表面吸附及颗粒内部扩散三个过程。pH值和吸附剂添加量对吸附效果的影响较大,而温度对吸附过程的影响较小。生物炭吸附前后的FTIR和XPS表明,生物炭表面的—OH、C=O及芳环上的C—H等官能团以π-π、配位作用参与了吸附过程。研究表明,生物炭对TCIPP的吸附受多个因素的影响,因此在使用生物炭去除污染物时要综合考虑其本身理化性质及外界环境因素的影响。     

好氧堆肥对生物炭理化性质及吸附Cd2+稳定性的影响

生物炭可作为畜禽粪污好氧堆肥中去除重金属的功能材料,但堆体内部复杂的环境变化会影响生物炭的理化性质,从而影响其对重金属吸附的稳定性。将普通秸秆生物炭(BC)和磁性秸秆生物炭(FBC)置于牛粪中进行30 d好氧堆肥试验,研究两种生物炭基本理化性质及对Cd²⁺吸附稳定性的影响。结果表明：堆肥处理使BC和FBC的比表面积分别增加20.56%和76.64%,总孔容分别下降2.36%和3.70%,平均孔径分别下降19.17%和46.54%,表面官能团发生变化,FBC的饱和磁化强度下降43.67%。堆肥后,饱和吸附Cd²⁺的两种生物炭BC和FBC的TCLP提取态Cd(TCLP-Cd)占比和TCLP提取液pH(TCLP-pH)均呈下降趋势,其中TCLP-Cd占比分别从28.31%和22.85%显著下降至26.76%和13.85%(P<0.05),TCLP-pH分别从3.66和3.29显著下降至3.51和3.14。综上,堆肥老化改变了两种生物炭的理化性质,降低了其酸可提取态Cd的含量,提高了其吸附Cd²⁺的稳定性,且FBC中Cd<...     

温度对生物炭吸附重金属特性的影响研究

为探究温度条件对生物炭吸附重金属离子特性的影响,采用吸附试验研究25、45和65 ℃ 3种温度条件下生物炭对单一重金属离子溶液和多种重金属离子混合溶液的吸附能力变化。结果表明：生物炭对4种重金属的吸附均可采用Langmuir和Freundlich方程进行描述;温度是影响生物炭吸附重金属的重要因素,生物炭对Cu的吸附能力随温度的升高而减小,在25 ℃时吸附量最大,为5.27 mg·g^-1,去除率达到36.17%;生物炭对Zn的吸附能力随温度的升高而增加,在65 ℃时吸附量最大,为4.94 mg·g^-1,去除率达到45.36%;生物炭对Cd的吸附能力随温度的升高呈现先增加后降低的趋势,在45 ℃时吸附量最大,为5.82 mg·g^-1,去除率达到53.85%;生物炭对Pb的吸附能力随温度的升高而增加,在65 ℃时吸附量最大,为21.35 mg·g^-1,去除率达到98.61%。混合溶液中,生物炭对4种重金属的吸附强弱顺序为：Pb>Cu>Zn>Cd。温度升高能促进竞争吸附中生物炭对各重金属离子的吸附,对混合重金属离子的总吸附量也增大。     

玉米秸秆生物炭对Cd2+的吸附特性及影响因素

以玉米秸秆生物炭为实验材料,研究了生物炭吸附重金属Cd2+的性能,分析了吸附温度、吸附时间、初始pH值以及生物炭粒径对吸附的影响,并对吸附前后生物炭样品进行傅里叶变换红外光谱分析(FITR)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)表征以分析吸附机理。结果表明:玉米秸秆生物炭对Cd2+的吸附可用Langmuir等温方程较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为18.49 mg·g-1(288.15 K)、23.51 mg·g-1(298.15 K)、23.59 mg·g-1(308.15 K)和24.43 mg·g-1(318.15 K),吸附动力学过程可以由准二级动力学方程很好地拟合,约40 min即达平衡,pH值为5时吸附量最大,生物炭粒径对吸附无明显影响。结构表征表明,生物炭对Cd2+的吸附机理主要为表面羟基(-C-OH)和羰基(-C=O)与Cd2+发生络合化学反应作用。     

棉花秸秆生物炭对重金属Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

以南疆农业废弃物棉花秸秆为原料,采用限氧控温裂解法制备不同温度(200、400和600℃)下的棉花秸秆生物质炭(CSBC200、CSBC400和CSBC600),研究棉花秸秆生物质炭对重金属Pb(Ⅱ)的吸附性能及影响因素,探讨pH、温度、初始浓度和吸附剂投加量对棉花秸秆生物炭吸附Pb(Ⅱ)的影响。研究结果表明:随着热解温度的升高生物炭的pH、比表面积及芳香性增强;不同热解温度制备的棉花秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的快速吸附过程发生在2 h内,吸附在10 h以后逐渐达到平衡状态,准二级动力学吸附模型能较好地描述棉花秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的动力学吸附过程;不同热解温度制备的棉花秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力不同CSBC600 CSBC400 CSBC200,且CSBC600远高于其他;CSBC400和CSBC600的吸附过程更符合Freundlich模型,吸附体系既有物理吸附又有化学吸附;棉花秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附最佳pH为5. 00,其饱和吸附量随着体系温度的升高而增加,吸附是自发进行的吸热过程,溶液体系温度升高更有利于吸附的进行。     

不同热解温度生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附研究

以稻壳(RH)和棉花秸秆(CS)为原料,在300、400、500、600、700℃下制备了生物炭,研究不同添加量、不同初始pH、吸附时间对生物炭吸附水溶液中Pb~(2+)的影响。结果表明:生物炭添加量越大对Pb~(2+)的去除效果越好;热解温度越高,达到同样去除效果所需生物炭的量越少;吸附效果与溶液的pH呈正相关,pH在4~7的范围内,高温生物炭去除Pb~(2+)的效果更好。生物炭对Pb~(2+)的吸附更符合拟二级动力学模型(R~2≥0.992),热解温度越高,吸附速率越快,同时中温(500℃)和高温(600、700℃)生物炭对Pb~(2+)的平衡吸附量不低于49.0 mg·g~(-1)。制备稻壳和棉花秸秆生物炭较合适的温度是500℃。     

不同改性生物炭对溶液中Cd的吸附研究

为研究生物炭对溶液中重金属Cd的吸附去除效果,进一步提升生物炭对Cd的吸附性能,以玉米芯、玉米秸秆、木屑为原料,分别在400℃、500℃、600℃和700℃密闭缺氧条件下热解制备生物炭,通过微波改性、Na OH改性方法对生物炭进行改性处理,研究初始浓度、溶液p H、吸附时间等因素对生物炭吸附Cd效果的影响,筛选出适合用于处理镉污染水体的生物炭品种。结果表明:当Cd浓度为100 mg/L时,玉米秸秆-600℃-Na生物炭(B-6-Na)对Cd的吸附可用Langmuir方程拟合,吸附量可达78.7 mg/g,去除率为78.7%,基本达到吸附平衡的时间为60~120 min;当溶液p H达到7时,三种生物炭对Cd吸附率均超过80%以上;600℃条件下经Na OH溶液改性制备的玉米秸秆生物炭能够更好地吸附溶液中的Cd。该研究结果为制备对污染物具有高效、深度净化功能的生物炭方法提供参考,在深入研究生物炭在重金属Cd污染修复的可行性方面提供理论支撑。     

改性生物炭对沼液氨氮的吸附效果研究

针对沼液中氮含量排放超标污染问题,为筛选出能使氮元素最大回收的有效吸附方法,以玉米秸秆、玉米芯和木屑为原料,分别于550℃、600℃、650℃下热解成生物炭,并采用NaOH+微波、FeCl3、KOH和HNO3对其进行改性处理,采用扫描电镜和压汞仪对生物炭进行表征,通过吸附动力学、吸附等温线和影响因素试验考察生物炭对NH+4-N的吸附效果。结果表明：NaOH+微波改性的550℃玉米秸秆炭（A-550-NaM）、KOH改性的550℃玉米秸秆炭（A-550-K）、NaOH+微波改性的600℃木屑炭（C-600-NaM）和FeCl3改性的550℃玉米芯炭（B-550-Fe）对NH+4-N的吸附平衡时间在60~150 min之间,其平衡吸附量分别为8.58 mg/g、8.30 mg/g、7.95 mg/g和8.01 mg/g;Langmuir模型较Freundlich模型更适合描述B-550-Fe、A-550-NaM和A-550-K对NH+4-N的吸附行为,3种改性生物炭对NH+4-N的最大吸附量分别为200.24 mg/g、101.86 mg/g和94.82 mg/g。     

不同生物质来源生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附特性

以水稻秸秆、小麦秸秆、荔枝树枝为原料,在300、400、500、600℃下制备生物炭,并表征其理化性质,考察热解温度、初始p H、矿物组分等因素对生物炭吸附Pb(Ⅱ)的影响。结果表明,不同热解温度对水稻和小麦秸秆炭吸附Pb(Ⅱ)的影响很小,而荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附量随热解温度升高而显著增大。在p H3.0~6.0的范围内,三种生物炭对溶液中Pb(Ⅱ)的吸附量呈上升趋势;在25℃时,三种生物炭的等温吸附曲线符合Freundlich吸附模型,荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附效果最佳。三种生物炭吸附Pb(Ⅱ)的主导机制可能是其与矿物组分的共沉淀作用,而荔枝树枝生物炭还可能存在Pb(Ⅱ)与-OH、-COOH之间的离子交换作用,C=C键中的π电子在吸附过程中也有一定的贡献。     

畜禽粪便与秸秆混合热解制备生物炭研究

以牛粪和猪粪为原料,玉米芯秸秆为辅料,采用管式反应器制备生物炭,研究热解温度(200、300、400、500℃)和秸秆添加量(20%、40%、60%、80%)对畜禽粪便生物炭产率和理化特性的影响。结果显示,随着热解温度的升高,混合料生物炭产率降低,挥发分含量逐渐降低,而灰分含量、pH、全磷和全钾含量均呈递增趋势,全氮含量呈先增后减趋势;添加秸秆有利于改善畜禽粪便生物炭的pH,调节养分含量;秸秆添加量为20%时,牛粪秸秆混合生物炭的孔隙特性在400℃表现最好,猪粪秸秆混合生物炭的孔隙特性较差。牛粪秸秆混合生物炭相比猪粪秸秆混合生物炭有更好的炭产率、pH和孔隙特性,其较好的孔隙特性有利于其作为吸附剂等使用,猪粪秸秆混合生物炭具有更好的养分特性,可作为磷肥生产辅料或土壤改良剂使用。     

不同农作物秸秆生物炭性质及其对重金属铅的吸附特性研究

以大豆秸秆、高粱秸秆为原料,在350、500、650℃条件下,限氧控温制备生物炭,探讨不同类型生物炭性质及其对溶液中重金属Pb2+的吸附特性;利用2种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich模型)研究了不同类型生物炭对Pb2+的吸附行为。结果表明:不同热解温度下的大豆、高粱生物炭,其灰分、挥发分及固定碳存在一定的差异性;随着热解温度的升高,生物炭对Pb2+的吸附性能增强。大豆生物炭对Pb2+的吸附量明显大于高粱生物炭;采用Langmuir和Freundlich分别对吸附数据进行拟合,两种生物炭的吸附行为更符合Freundlich模型,且属于线性等温吸附。     

鸡粪生物炭吸附固定铅的研究

随着规模化养殖的快速发展，畜禽粪便的产量随之增加，如何对其进行有效处理与资源化利用已成为研究热点。选取鸡粪为原料，在400 ℃下限氧热解制备生物炭（CMBC-400），探究其对水体中铅离子（Pb²⁺）的吸附性能。通过批处理试验考察吸附时间、Pb²⁺初始含量、吸附温度等因素对CMBC-400吸附Pb²⁺性能的影响，并利用吸附动力学、等温线和热力学计算模型对吸附数据进行拟合，进一步阐述吸附过程。结果表明，CMBC-400吸附Pb²⁺的过程更符合准二级动力学模型，表明该吸附过程的吸附速率主要受化学吸附控制；相比Freundlich和Dubinin-Radushkevich （D-R）模型，Langmuir等温线模型具有更高的拟合相关系数，表明CMBC-400表面均一，Pb²⁺吸附位点的吸附能大致相同；吸附热力学数据表明CMBC-400对Pb²⁺的吸附过程是自发的吸热反应。扫描电镜和X-射线衍射表征结果表明，CMBC-400主要通过在表面形成含Pb微晶的形式固定水体中的Pb²⁺。此外，向土壤中添加CMBC-400还可促进有效态Pb转化为稳定态，降低Pb的生物有效性。     

氨基改性磁性棉秆生物质炭材料吸附Pb2+研究

针对重金属离子Pb²⁺的环境污染问题，本实验探究氨基改性磁性生物质炭吸附剂对Pb²⁺的吸附效果和机理。将棉花秸秆破碎过筛，于马弗炉中400℃热裂解得生物质炭并进行赋磁，再以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)作为改性试剂对磁性生物质炭进行改性修饰，制得氨基改性磁性生物质炭材料(NMBC)。采用SEM、XRD、FT-IR、VSM对其进行表征，研究NMBC的稳定性及对Pb²⁺的吸附性能，实验表明溶液pH值、竞争性阳离子(Na⁺,K⁺,Ba²⁺)和温度均会对吸附Pb²⁺造成一定影响。NMBC循环吸附4次后，仍具有一定吸附量。NMBC对Pb²⁺的吸附符合准二级动力学模型，k₂=1.97×10^-3g·mg^-1·min^-1,qe=70.29 mg·g^-1；等温吸附数据符合Langmuir模型，NMBC对Pb^...     

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响

[目的]探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu~(2+)的影响。[方法]以玉米、水稻、芝麻3类秸秆为原料于400~700℃热解炭化制备生物炭,探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响,并评价生物炭对Cu~(2+)的吸附性能。[结果]生物炭的pH和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大,而产率却逐渐稳定,其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显;此外,生物炭对Cu~(2+)的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关,升高热解温度有利于提高生物炭对Cu~(2+)的吸附去除率,且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭,其中700℃下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对Cu~(2+)的去除率可达100%。[结论]该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。