稻壳炭制备工艺参数对吸附性能的影响

以稻壳为原料，采用水热法制备稻壳炭，将稻壳炭用于吸附印染废水中亚甲基蓝。利用XRD、SEM、TG、FT-IR等手段对稻壳炭进行表征分析，探究炭化温度和炭化时间对稻壳炭理化性质和亚甲基蓝吸附性能的影响。结果表明，炭化温度是影响稻壳炭吸附性能的重要因素，炭化温度为180～220 ℃，稻壳炭对亚甲基蓝去除率高于90%，亚甲基蓝的吸附量大于6.27 mg/g，其中，炭化温度为200 ℃、炭化时间为8 h，稻壳炭结构完整，孔隙结构良好，含氧官能团数量较多，吸附活性点位较多，对亚甲基蓝吸附性能较好，去除率和吸附能力分别为93.04%和6.62 mg/g。随着RH-200-8稻壳炭再生次数的增加，稻壳炭的去除率略有下降，RH-220-8-3（即稻壳炭使用第3次）的亚甲基蓝去除率达82.20%（10 h）。     

接种量对餐厨垃圾高温厌氧消化的影响

研究不同接种量对餐厨垃圾高温厌氧消化的影响,探求餐厨垃圾高温厌氧消化的最佳接种量。在55℃条件下,比较6种不同接种量对餐厨垃圾高温厌氧消化过程中pH、总磷浓度、VFA浓度、产气量及餐厨垃圾TS、VS去除效果和消化液COD_Cr去除效果的影响,结果表明：添加接种物不仅可以提高消化系统的缓冲能力,而且缩短系统产甲烷细菌的积累周期,有利于产气高峰提前,同时对餐厨垃圾的降解有一定的促进作用。其中,在消化物总量600 g条件下,480 g餐厨垃圾接种120 g接种物（TS比为9.47）产气效果最佳,整个过程累积产气量为9359 mL,显著高于其它处理,此外,餐厨垃圾TS、VS去除率和消化液COD_Cr去除率也达到最佳效果,去除率依次为60%、70%和39.67%,但是COD_Cr去除率与CK差异不显著。     

pH对生物质炭吸附诺氟沙星和磺胺甲恶唑的影响

为解决水体中抗生素去除及芦苇秸秆资源化利用等问题,以芦苇秸秆制备的生物质炭为吸附材料,考察不同pH条件下诺氟沙星(NOR)和磺胺甲恶唑(SMX)在芦苇秸秆生物质炭上的等温吸附过程及吸附动力学。结果表明,生物质炭的吸附与NOR和SMX在不同溶液pH下的存在形态有关。随pH的增加,生物质炭对NOR的吸附量先增加后减小,最高吸附量为7.80 mg·g~(-1);生物质炭对SMX的吸附量在溶液pH 1～3时逐渐减小,在pH 3～5时逐渐增加,pH5时吸附量逐渐降低。拟二级动力学模型可较好地拟合NOR和SMX在生物质炭上的吸附,生物质炭吸附NOR和SMX受到表面吸附、颗粒内扩散等作用的共同影响。吸附等温线符合Langmuir方程,吸附过程以单分子层吸附为主。溶液不同的pH会影响芦苇秸秆生物质炭对NOR和SMX的吸附效果,这为生物质炭吸附水中抗生素的合理应用提供一定的数据支持。     

元宝枫籽壳生物质炭性质及对NH_4~+-N吸附性能研究

为解决近年来元宝枫产业化产生的大量果壳废弃物,以元宝枫籽壳为原料,研究了不同炭化温度下粉末炭的得率、元素组成、微观结构、NH_4~+-N吸附能力。结果显示,随着烧制温度增加,生物质炭的得率减少,炭中碳含量逐渐增加,C/N比值升高;400℃温度下烧制的生物质炭孔槽结构密集,500℃热解的生物质炭表面褶皱丰富;400℃下烧制的元宝枫籽壳生物质炭对NH_4~+-N吸附能力最高,吸附值最高达到0.188 mg·g~(-1)。元宝枫籽壳生物质炭的开发可为农林废弃生物质的资源化利用提供重要的理论与实践指导。     

载镁香蕉秆基生物炭对氮磷的吸附性能研究

以香蕉秸秆为原料,氯化镁(MgCl_2)为改性剂,通过限氧热解法(温度673 K)制备生物质炭。利用扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射等技术分析了镁改性生物质炭对氮、磷的吸附机理。结果表明,通过镁改性,生物质炭对氮、磷的吸附量得到显著提高,最大吸附量分别达13.80、18.21 mg·g~(-1);对氮、磷的等温吸附曲线均符合Langmuir曲线,为单层吸附,吸附机理主要以化学吸附为主;吸附平衡时间约为150 min,氨氮和磷的吸附动力学均符合准二级动力学拟合方程,吸附过程受多步骤控制。该载镁生物质炭可以作为潜在吸附剂去除废水和富营养化水体中过量的氮、磷。     

芦苇生物质炭对镉的吸附及机制

为解决重金属废水处理问题,寻求芦苇的新型资源化利用途径,采用限氧热解方法在不同温度下制备芦苇生物质炭(RBC)。在对芦苇生物质炭进行元素分析的基础上,进行吸附动力学实验和等温吸附实验,并通过扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)等表征方法,探究不同热解温度对RBC吸附Cd~(2+)的影响及吸附机制。结果表明:RBC对Cd~(2+)的吸附过程更符合准二级吸附动力学方程,Langmuir等温吸附模型能更好描述RBC对Cd~(2+)的吸附;500℃下制备得到的RBC产率较高,Cd~(2+)吸附量最大,理论吸附量可达39.05 mg·g~(-1);吸附Cd~(2+)后,RBC表面生成粒状结构,XRD谱图出现CdCO_3和CdSiO_3晶型的峰,推断Cd~(2+)分别能与CO_3~(2-)与SiO_3~(2-)形成沉淀。研究表明,芦苇生物质炭的最优热解温度为500℃,此温度下产率最高,对Cd~(2+)的吸附能力最强,吸附Cd~(3+)的机制可能为阳离子交换、沉淀吸附、络合和Cd~(2+)-π金属键合共同作用。     

热解温度对花生壳生物质炭吸附去除水中4-硝基酚的影响

为提升农业废弃物的资源化再利用价值,以花生壳为原料,在不同热解温度(400、500、600℃)下限氧制备花生壳生物质炭(BC400、BC500、BC600),考察其对水中4-硝基酚的吸附效果。生物质炭表面灰分通过酸洗法去除,采用批量吸附试验的方法分析生物质炭对PNP吸附特性的影响,并结合元素分析、扫描电镜及红外光谱图方法,探讨热解温度对生物质炭吸附水中PNP特性的影响。结果表明,生物质炭总产量随温度升高而降低,其含碳量随温度升高逐渐增加;生物质炭中含氧官能团随温度的升高而减少,芳香性增强,有利于对有机物的吸附。吸附等温线符合Freundlich模型,线性拟合很好,R2在0.954～0.991之间;对比伪二级动力学模型、Elovich模型、颗粒内扩散模型可知,吸附过程与伪二级吸附动力学模型拟合效果最佳, R2在0.981～0.999之间,平衡吸附量随热解温度升高而增大,BC600BC500BC400,BC600的吸附容量为34.48 mg/g,是BC400的2.25倍。以NaOH为解吸剂,当NaOH质量浓度为1.0 mg/L时对4-硝基酚的解吸效率最高,为68.21%,可见生物质炭的再生利用具有一定的可行性。因此,高温制备的花生壳生物质炭可作为去除4-硝基酚的良好功能材料。     

水洗处理对不同原料生物质炭吸附解吸Cd~(2+)行为的影响

以水稻、小麦、玉米和猪粪为原料,比较秸秆类生物质炭和畜禽粪便类生物质炭对溶液重金属Cd~(2+)的吸附解吸特点及其水溶性盐分含量的影响。结果表明,生物质炭对Cd~(2+)的吸附结果均很好地符合准二级动力学方程和Langmuir方程,猪粪炭的Cd~(2+)最大吸附量达20.7 mg g~(-1),为秸秆炭吸附量的1.37~1.72倍。洗脱去除可溶性盐分显著降低生物质炭对Cd~(2+)的吸附。水洗后秸秆炭对Cd~(2+)的最大吸附量为猪粪炭的2~4.3倍,水稻、小麦、玉米和猪粪炭对Cd~(2+)的最大吸附量分别降低52.6%、72.7%、72.8%和91.9%。洗脱作用提高了生物质炭对Cd~(2+)的解吸率,其中猪粪炭提高幅度最大,由原来的1.76%~7.96%提高到12.00%~27.49%。因此,可溶性盐分在生物质炭吸附Cd~(2+)过程中具有重要作用。所以,在污染土壤治理中需要考虑不同原料的组分差异,以制备高效修复土壤重金属污染的生物质材料。     

棉秆与污泥共热解制备生物炭工艺优化及其结构与吸附性能

随着经济的发展,产量巨大的棉秆与污泥亟需找到新的资源化方式。该研究利用污泥与棉秆共热解制备炭,采用正交试验法全面考察与分析了各因素对污泥-棉秆炭吸附性能以及表面结构的影响。结果表明,污泥质量分数、KOH浓度、微波功率、辐照时间以及装填量均会显著影响污泥-棉秆炭的吸附性能、表面官能团以及孔结构。优化工艺参数为:污泥质量分数30%,微波功率280 W,辐照时间24 min,KOH质量分数50%,装填量150 g,在该工艺条件可制备获得综合吸附性能较优的污泥-棉秆炭,其亚甲基蓝、酸性品红、硫酸铜以及碘的吸附值分别达到157.80、293.39、272.12、1 281.93 mg/g。污泥-棉秆炭的吸附性能可达到或超过国家木质净水用活性炭一级品的标准,但吸附质与炭的结构特性均会影响其吸附性能。酸性官能团总量与孔容分别与酸性品红吸附值及硫酸铜吸附值显著相关,其他结构参数与吸附性能相关性不显著,污泥-棉秆炭对污染物的吸附并不只是单一的物理吸附或化学吸附。该研究结果对于定向设计高效的棉秆-污泥炭基吸附剂具有参考价值。     

不同热解温度茶渣生物质炭对茶园土壤吸附解吸NH4-N的影响

生物质炭对铵根的吸附解吸影响着土壤的固氮效果,为探讨茶渣生物质炭对茶园土吸附—解吸NH_4~+—N性能的影响,减少土壤中氮素的淋失,提高氮素利用效率,通过模拟培养试验,采用平衡吸附法及HCL解吸法,研究了不同热解温度下制备的茶渣生物质炭在不同添加比例(0.35%,0.70%,1.40%,2.80%)下,茶园土对NH_4~+—N吸附解吸的特性。结果表明:施用生物质炭能有效增强茶园土对NH_4~+—N的吸附,并随生物质炭添加量的增加而增强。同一生物质炭添加量下,4种生物质炭处理下茶园土对NH_4~+—N的吸附量大小表现为BC400BC300BC500BC600。生物质炭的CEC含量是影响土壤吸附NH_4~+—N能力的主要因素。土壤对NH_4~+—N的吸附过程均以Langmuir方程拟合达到显著水平(0.953 7R~20.995 5),以单层吸附为主。施用生物质炭后,土壤产生了解吸滞后,有效降低了茶园土对NH_4~+—N的解吸率,BC400的解吸率最低。茶渣生物质炭能够增强土壤对NH_4~+—N的吸附,降低对NH_4~+—N的解吸,有利于提高土壤对氮素的吸持能力,其中BC400,2.80%处理下效果最佳。     

木屑生物质炭对水中阿特拉津、多菌灵和啶虫脒复合农药的吸附性能研究

选取木屑为原材料，在500、700℃下制备生物质炭(标记为MX500和MX700)，试验考察了溶液初始pH和生物质炭投加量对其吸附性能的影响，并利用吸附动力学、吸附等温线以及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段，研究了木屑生物质炭对水溶液中3种不同类型的典型常用农药阿特拉津(ATR)、多菌灵(CAR)和啶虫脒(ACE)的吸附特性及吸附机理。结果表明：热解温度700℃，pH 3.0，生物质炭投加量为2.0 g/L时，木屑生物质炭对3种农药的联合吸附效果最好。MX700对ATR、CAR和ACE的最大吸附量分别为40.2、50.4和44.9 μg/g，约为MX500的1.4倍 ~ 2.2倍。吸附动力学和吸附等温线结果显示，准二级动力学方程、颗粒内扩散方程和Langmuir方程能较好地拟合吸附过程。FTIR结果显示，木屑生物质炭主要通过酚羟基和羧基等含氧官能团以及芳香环结构去除水中ATR、CAR和ACE。木屑生物质炭对农药的吸附机理包括静电作用力、氢键作用力及π-π键相互作用力。在100 μg/L浓度下，木屑生物质炭对ATR、CAR和ACE复合农药的吸附效果和机理与农药单体类似。综上，木屑生物质炭作为复合农药污染水体净化的吸附剂具有较大的应用潜力。     

生物炭-铁锰氧化物复合材料制备及去除水体砷(Ⅲ)的性能研究

采用浸渍法制备了4种不同的生物炭-铁锰氧化物复合材料(F_1M_1BC_(10),F_1M_3BC_(20),F_1M_4BC_(25),F_3M_1BC_(20)),采用SEM,XPS和FTIR表征方法分析了几种复合材料与生物炭表面性质的差异,比较了4种不同配比生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷(Ⅲ)去除性能,分析了不同投加量的吸附材料对砷(Ⅲ)去除效率及吸附量的差异。结果表明,与生物炭相比,炭、铁和锰不同配比的生物炭-铁锰氧化物复合材料比表面积明显增大,由61.0 m~2·g~(-1)增加到208 m~2·g~(-1),孔径变小,由23.7 nm下降到2.76 nm;碱性官能团含量明显增加;材料表面形成了MnOx、FeOx。与生物炭相比,4种生物炭-铁锰氧化物复合材料对砷(Ⅲ)的动力学吸附量大小与去除率顺序依次为F_1M_4BC_(25)F_1M_3BC_(20)F_1M_1BC_(10)F_3M_1BC_(20)BC。F_1M_4BC_(25)(m铁∶m锰∶m炭=1∶4∶25)是去除砷(Ⅲ)最优的复合材料,在用量为0.016 g·m L~(-1)时,对砷(Ⅲ)的去除率可达82.6%,是生物炭去除率的2.3倍。研究表明,生物炭-铁锰氧化物复合材料是一种潜在的去除水体砷污染的炭基材料。     

制备方法对生物质炭外源磷吸附解吸的影响

探讨了制备温度、洗涤处理及颗粒粒径大小对芦苇秸秆生物质炭的外源磷吸附和解吸性能的影响。结果表明:600℃和350℃制备的生物质炭对磷的等温吸附曲线分别与Langmir和Fredulich方程有更高的拟合度,600℃制备的生物质炭对磷最大吸附量(1040.3～2194.6 mg kg-1)显著高于350℃制备的生物质炭(424.4～945.4 mg kg-1),但磷的解吸率(0.41～4.95%)显著低于350℃制备的生物质炭(6.66～13.89%);洗涤处理降低了生物质炭吸附磷的性能,且600℃制备的生物质炭降低幅度更大,但均提高生物质炭磷的平均解吸率;随着颗粒粒径减小,生物质炭吸附磷的性能有增强趋势。研究发现制备温度为600℃、未洗涤处理且颗粒粒径大于60目的生物质炭对磷吸附性能最好。     

纳米Fe_3O_4负载酸改性炭对水体中Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附

为探讨纳米Fe_3O_4负载联合硝酸改性椰壳炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)单一及复合溶液的吸附特性,通过静态吸附实验,针对吸附剂的表面特性、投加量、溶液初始pH、吸附时间、重金属初始浓度等影响因素进行了探讨,应用等温吸附模型及吸附动力学模型对吸附特性进行了研究。结果表明,纳米Fe_3O_4负载酸改性炭比表面积较未改性椰壳炭增加了221.03 m~2·g~(-1),表面含氧官能团如O-H、C=O、C-O-C增加,芳香性增强,等电点提高至5.68。从经济效率角度考虑5 g·L~(-1)为合理吸附剂用量,pH为5.0时,吸附效果最好,吸附在4 h达到平衡。准二级动力学模型对吸附的拟合度更高,吸附主要是化学吸附,吸附由快速外扩散和颗粒内扩散共同作用,Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附分别更符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型。纳米Fe_3O_4负载酸改性椰壳炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的最大吸附量(Qm)分别达42.54 mg·g~(-1)和25.79 mg·g~(-1),为未改性椰壳炭的1.87倍和2.23倍,复合溶液中Pb~(2+)、Cd~(2+)的Qm分别为单一溶液的65.16%和54.21%,这揭示了离子共存条件下的吸附竞争现象。研究表明,纳米Fe_3O_4负载联合硝酸改性提高了椰壳炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附能力,且Pb~(2+)的吸附性能及吸附竞争性优于Cd~(2+)。     

培养条件下生物炭对土壤锌的吸附作用

将稻壳分别在350℃和550℃热解温度下制备成生物质炭,按土壤质量的1%、3%和5%的添加量施入土壤中,保持一定的土壤含水率,探究施入生物炭的土壤对重金属锌吸附的影响。结果表明,土壤中施入生物炭之后,会提高土壤对重金属的吸附固定能力,生物炭的添加量越高,土壤对锌的最大吸附量越大。在试验开始阶段,随着生物炭的老化,土壤对锌的吸附性能会增强,同时土壤对锌的解吸率降低,随着时间的延长,生物炭与土壤发生的共腐殖化过程,导致土壤对锌的吸附性能逐渐降低,同时土壤对锌的解吸率提高。     

小麦秸秆生物质炭对碱性土壤中油菜生长和镉吸收的影响

为探讨小麦秸秆生物质炭对镉(Cd)污染碱性土壤的修复效果,采用序批式吸附试验和Cd污染土壤盆栽试验,研究了小麦秸秆生物质炭施用(1%,m/m)对碱性土壤吸附Cd的影响,以及对Cd污染土壤中油菜生长和Cd吸收的影响。结果表明:Cd在生物质炭上的吸附等温线非线性较强,生物质炭对Cd的表面吸附起主导作用,Cd在生物质炭上的分配系数(a)是在土壤上的1.5～3.0倍。生物质炭施用可促进土壤对低浓度Cd的吸附,0.1 mg·L~(-1)平衡浓度下K_d值提高了19.5%;生物质炭施用可抑制土壤对高浓度Cd的吸附,在10 mg·L~(-1)条件下K_d值降低了37.2%。生物质炭施用对土壤pH值影响不显著,但缓解了Cd污染对油菜生长的抑制作用,油菜生物量最高提高了45.0%,也抑制了油菜对Cd的富集,油菜富集Cd的量最高降低了40.6%;CaCl_2、Mg(NO_3)_2、NH_4OAC、HCl、DTPA和BCR1作为提取剂提取出土壤中Cd的量与油菜地上部分吸收Cd的量相关性较强(线性回归方程决定系数R~20.8),而Mg(NO_3)_2萃取出土壤中Cd的量更能预测油菜地上部分吸收Cd的量。研究表明,小麦秸秆生物质炭有利于降低碱性土壤中Cd的生物有效性,但并非通过提高土壤pH值和吸附能力来实现。     

磁性玉米秸秆生物炭对水体中Cd的去除作用及回收利用

以农田生态系统废弃农作物秸秆资源化利用为前提,以生物炭去除水体重金属镉(Cd)污染及其回收利用为目的,该文以500℃裂解的原始玉米秸秆生物炭(MSB,maize straw biochar)和磁性玉米秸秆生物炭(MMSB,magnetic maize straw biochar)试验材料,在2种生物炭的表面性状进行表征的基础上,探究了不同吸附条件下生物炭对污染水体中Cd(Ⅱ)的吸附去除作用及其回收利用的可能性。结果表明:MSB和MMSB对Cd(Ⅱ)的吸附量在pH值为5时达到最大,其最大吸附量分别为27.52和33.45 mg/g;当MSB和MMSB添加量为1.4和0.8 g/L时,对Cd(Ⅱ)的去除率分别可达85.15%和95.48%;Langmuir方程能更好地模拟等温吸附行为,MSB和MMSB达到平衡时的最大吸附容量分别为26.03和43.45 mg/g,趋近实际值;动力学数据与二级动力学方程拟合度更高,MSB和MMSB的平衡吸附量Qe理论值分别为13.42和24.31 mg/g;MMSB对其表面吸附Cd(Ⅱ)的解吸率均显著低于MSB。磁性生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附效率和固着能力增强可能与其较高的pH值、更大的比表面积、更多的极性含氧官能团有关。此外,在外部存在磁场的情况下,磁性生物炭可以通过磁力作用加以回收再利用。研究成果对促进农业废弃物的资源化利用以及水体环境中重金属净化技术的进步均有重要意义。     

油茶壳热解产物特性及热解炭制备活性炭工艺优化

为了探究热解终温对油茶壳热解产物特性的影响,实现油茶壳热解多联产产物的有效利用,该文研究了油茶壳300～700℃热解过程中气、液、固的得率,特性和能量分布规律,讨论了油茶壳热解炭制备活性炭的工艺条件。研究表明,随着热解终温的升高,生物质炭得率下降,不可凝气体得率上升,生物质油得率则呈现先上升后下降的变化趋势。生物质炭的能量产率高达47.21%～81.59%,是油茶壳热解的主要产物,随着热解终温的升高,其固定碳含量增大,BET比表面积先增加后减小,在600℃达到最高值278 m2/g。油茶壳活性炭制备的最佳工艺条件活化温度850℃,活化时间1.5 h,水蒸气用量与炭的比2.0,此条件下的活性炭得率为37.47%,碘吸附值为825 mg/g,BET比表面积为736 m2/g。该研究为油茶壳热解多联产工艺及产物的综合有效利用提供参考依据。     

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。     

皇竹草生物炭的结构特征及其对（）的吸附性能

以皇竹草茎秆为原料,在限氧控温（300、500、700℃）条件下制备生物炭,研究该生物炭的结构特征及其对Cr（Ⅵ）的吸附行为。结果发现,随着热解温度的升高,皇竹草生物炭的产率下降,而灰分、pH呈上升趋势;电镜扫描（SEM）观察可见不同热解温度下所制备的生物炭结构相似,均具多孔和管状结构,但在700℃条件下所制备的生物炭相对300℃下制备的生物炭孔壁变薄,且孔壁有附着物,切面有突起结构。三种温度下制备的皇竹草生物炭对溶液中的Cr（Ⅵ）都具有较好的吸附作用,且500、700℃下制备的生物炭比300℃下制备的生物炭具有更好的吸附效果。在0~1 h之间,三种热解温度下制备的生物炭对铬的吸附量均随着时间的延长而快速增加,当吸附至1h时,基本达到饱和状态,随后吸附量无明显变化。