不同原料生物炭对铵态氮的吸附性能研究

为探讨不同原料生物炭对铵态氮吸附量及吸附机制,以花生壳、玉米秆、杨木屑和竹屑为原料,在500℃下充N_2保护热解制备生物炭,通过电镜扫面图(SEM)与傅立叶红外光谱图(FTIR)表征NH_4~+-N在生物炭表面的吸附特征,结合批量平衡吸附试验,对比研究不同原料生物炭对NH_4~+-N的吸附性能。结果表明:吸附后生物炭表面附着颗粒或粉末物质,孔隙被填充,表面变得较为平坦。四种生物炭表面分布的-OH、-C=O、-C-O,以及花生壳生物炭与玉米秆生物炭表面的-CH_3、-CH_2、-O-参与了吸附;Langmuir方程可以较好地拟合四种生物炭对NH_4~+-N的等温吸附;吸附均在50 min内达到平衡,伪二级动力学方程均可以较好地描述生物炭对NH_4~+-N的动力学吸附过程;在溶液pH=7.00条件下,初始浓度为800 mg·L~(-1)的体系中,四种生物炭对NH_4~+-N的最大吸附量为9.5~15 mg·g~(-1),吸附能力大小为花生壳生物炭玉米秆生物炭竹屑生物炭杨木屑生物炭。研究表明,生物炭表面含氧官能团对吸附NH_4~+-N起到决定性作用,吸附为单分子层吸附,且由快速反应所控制,四种生物炭中吸附性最好的是花生壳生物炭。     

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。     

不同生物炭对氮的吸附性能

为探究不同类型生物炭对氮的吸附性能,寻求最佳的氮素吸附材料,本文选择稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭作为吸附剂,开展不同pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量条件下的吸附实验,研究生物炭对硝酸铵溶液中氮的最佳吸附条件,并对结果进行等温吸附拟合与吸附动力学研究。结果表明:3种生物炭对硝酸铵溶液中的氮均有一定的吸附效果,且pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量均影响生物炭对氮的吸附量。生物炭添加量为0.05 g时,在pH环境为9、吸附时间为3 h、初始浓度为100 mg·L-1的条件下,平衡吸附量达到最大,稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭在此条件下的最大吸附量分别为23.79、13.00 mg·g~(-1)和17.60 mg·g~(-1),表明稻壳炭对氮的吸附效果最佳;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对氮的等温吸附过程,表明生物炭对氮的吸附主要是单分子层吸附;准二级动力学模型能更好地描述3种生物炭吸附氮的动力学过程,表明生物炭对氮的吸附为化学吸附。综上说明,稻壳炭在最佳吸附条件下可吸附较多氮素,有望作为一种良好的吸附剂应用于土壤和水体氮素污染治理。     

改性生物炭吸附废水中Sb(V)的特性

为了更好地处理废水中的Sb(Ⅴ),利用三价铝和高锰酸钾对生物炭进行改性,并使用比表面积(BET法)分析、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征改性前后的生物炭。通过对生物炭投加量、反应时间、Sb(Ⅴ)初始浓度、pH值进行研究,拟合分析试验数据,探究3种生物炭的吸附特性与吸附机理。结果表明,25℃下,固液比为1 g∶400 mL,反应时间为4 h,pH值为2时,原炭(BC)、Al~(3+)改性的生物炭(Al-BC)和高锰酸钾改性生物炭(KMnO_4-BC)对Sb(Ⅴ)的最大吸附量分别为4.41、10.48、30.06 mg/g,三者吸附量均整体随pH值的增大而逐渐减小。3种生物炭等温吸附曲线符合Langmuir等温模型,BC和KMnO_4-BC吸附动力学过程遵循拟二级动力学方程,Al-BC吸附符合拟一级动力学方程。生物炭吸附过程为以物理吸附行为主的物理-化学复合过程。BET比表面积分析结果表明,Al-BC比表面积及总孔体积最大,KMnO_4-BC粒径较小且其表面附着的晶体提高其吸附能力。FTIR结果表明,改性前后生物炭表面官能团差别不大。     

刺桐生物炭对水中氨氮和磷的吸附

本研究以园林绿化废弃物刺桐为原料,在不同的热解温度下（300、500、700 ℃）制备生物炭,用动力学方程和等温吸附方程分别拟合生物炭对氨氮和磷的吸附性能。等温吸附方程拟合结果表明：生物炭对水中氨氮和磷的吸附量均随着氨氮和磷的初始浓度的增加而增大,且均能较好地拟合Langmuir吸附方程,且BC500吸附效果最好;动力学方程拟合结果表明：不同热解温度下得到的生物炭对氨氮和磷的吸附速率较快的过程分别发生在最初的300 min和60 min内,且均能较好地拟合准二级动力学方程;此外,生物炭对不同初始pH下对氨氮和磷溶液的吸附效果分别为pH7 > pH11 > pH3和pH11 > pH7 > pH3。     

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。     

冻融循环对牦牛粪生物炭吸附氨氮的影响

为了解冻融循环(模拟物理老化过程)对不同热解温度下的牦牛粪生物炭吸附氨氮的影响,通过吸附实验,考查牦牛粪生物炭老化前后对氨氮的吸附特性,并采用元素分析、扫描电镜、FTIR、BET-N2等方法分析牦牛粪生物炭的组成及表面结构特性,探讨冻融循环对牦牛粪生物炭吸附氨氮的影响机理。结果表明,牦牛粪生物炭老化前后对氨氮的吸附动力学模型符合准二级动力学,吸附等温模型较符合Freundlich模型。不同热解温度的牦牛粪生物炭对氨氮的吸附作用存在显著性差异,冻融循环作用对热解温度较高的牦牛粪生物炭影响较显著(C020 mg·L~(-1)),氨氮初始浓度为5 mg·L~(-1)时,老化后的生物炭PBC450和PBC600(热解温度分别为450℃和600℃)的吸附量比老化前分别显著提高13.1%、12.4%,去除效率分别为62.6%、55%。PBC450和PBC600的阳离子交换量和比表面积比老化前显著增加,阳离子交换量分别增加9.1%和75.7%,pH值、Zeta电位显著降低,其中阳离子交换量和比表面积是影响牦牛粪生物炭吸附氨氮的主要因素。     

甘蔗渣炭对磷的吸附研究

以甘蔗渣为原料,在450℃条件下限氧制备甘蔗渣生物质炭,用于水中磷的吸附。研究了pH、溶液初始含磷量和吸附时间对甘蔗渣炭吸附磷的影响,并通过FTIR、等温吸附线和吸附动力学研究进一步讨论了其吸附机理。结果表明甘蔗渣制备成甘蔗渣炭后对磷吸附效果提升显著,在温度为25℃、甘蔗渣炭投加量为0.05 g条件下,当含磷溶液pH为6、含磷废水浓度150 mg/L和吸附时间120 min时,磷吸附容量达到最大,为68.24 mg/g。等温吸附线研究说明甘蔗渣炭对磷的吸附过程使用Freundlich等温吸附方程描述更准确,吸附动力学研究表明甘蔗渣生物质炭吸附磷的动力学特性可以使用Lagergren准二级动力学进行描述。红外扫描结果表明甘蔗渣制备成甘蔗渣炭后表面功能性基团发生了改变。     

木质纤维素生物炭对亚甲基蓝和四环素的吸附对比研究

以木质纤维素为原料,采用限氧热解法制备木质纤维素生物炭,以亚甲基蓝和四环素为目标污染物,通过批试验方法考察了生物炭热解温度和溶液初始pH值条件等对吸附的影响,以及吸附的动力学和热力学.研究结果发现,热解温度为300℃时木质纤维素生物炭对2种污染物的吸附能力最强.酸化和未酸化处理木质纤维素生物炭对2种污染物的吸附能力有明显的差异,溶液初始pH值条件对吸附过程有较大影响.吸附动力学研究表明,2种污染物在木质纤维素生物炭上的吸附可能以化学吸附为主.由Langmuir吸附等温方程知,298 K时木质纤维素生物炭对亚甲基蓝和四环素的最大吸附量分别达到437.6 mg/g和1090.1 mg/g.热力学分析证明生物炭对2种污染物的吸附过程均为自发和吸热过程.     

水稻秸秆生物炭和猪粪生物炭对镉的吸附性能

以猪粪和水稻秸秆为原料,在300 ℃和600 ℃的条件下制备生物炭,研究其对Cd²⁺的吸附性能,分析溶液初始pH值、吸附时间和Cd²⁺浓度对吸附的影响。结果表明:溶液初始pH值对生物炭吸附Cd²⁺有影响,当pH值从2.0升高至7.0时,生物炭对Cd²⁺的吸附量表现为先升高后趋于稳定。生物炭对Cd²⁺的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地拟合(R²>0.99)。水稻秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附约4 h达到平衡,而猪粪生物炭吸附对Cd²⁺的吸附约6 h达到平衡。生物炭对Cd²⁺的等温吸附过程可用Langmuir方程较好地拟合(R²>0.95),生物炭对Cd²⁺的吸附量随着热解温度的升高而增加,600 ℃制备的水稻秸秆生物炭的吸附量最大,达到59.84 mg·g^-1。     

两种生物炭对Pb的吸附特性研究

以木子壳、米糠为前驱体,650℃制备生物炭,通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪和比表面积分析仪等手段表征其物理化学性质,探究粒径、矿物组分、初始浓度及时间等因素对生物炭吸附Pb~(2+)效果的影响。结果表明,木子壳生物炭比表面积虽远小于米糠生物炭,但对溶液中Pb~(2+)有很强的吸附效果,等温吸附曲线符合Langmuir吸附模型,最大吸附量达165.62 mg·g~(-1),明显高于米糠生物炭(58.92 mg·g~(-1))。同时XRD分析显示木子壳生物炭含大量矿物组分且吸附Pb~(2+)后有沉淀生成。     

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。     

氨基改性猪热解炭化物及对水中微量Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)-Cit的去除研究

采用一步合成法制备氨基功能化改性猪热解炭化物(PCM@SiO_2-NH_2)来去除水中微量离子态铜和络合态铜。通过SEM、EDX、FTIR、XPS等分析手段对改性前后猪热解炭化物复合材料进行表征,了解其形貌、结构、化学组成等,考察其对水中微量Cu(Ⅱ)和柠檬酸铜(Cu(Ⅱ)-Cit)的吸附去除能力以及去除效果的影响因素,深入探讨其对Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)-Cit的吸附去除机理。结果表明,PCM@SiO_2-NH_2对水体中微量Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)-Cit的去除有促进作用,去除效率随着复合材料投加量的增加而增大;吸附材料对Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)-Cit的最大吸附容量分别为25.3 mg·g~(-1)和5.6 mg·g~(-1),吸附过程符合Langmuir模型;溶液pH值对材料吸附去除Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)-Cit均有显著的影响,两重金属溶液最佳初始pH为6.0。PCM@SiO_2-NH_2对Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)-Cit的去除机理主要包括络合反应、静电吸附以及离子交换,FTIR和XPS分析结果显示,吸附过程中-NH_2基团和重金属之间的络合吸附占主导作用。     

改性废白土炭复合材料对恩诺沙星的吸附效应分析

以废白土为原料,分别在300、500℃和700℃条件下限氧热解制备废白土炭复合材料A&C300、A&C500、A&C700,采用H₃PO₄活化法对复合材料进行改性制备HA&C300、HA&C500和HA&C700,分析改性前后复合材料对恩诺沙星(ENR)的吸附效应,筛选出吸附效果最佳的材料;采用比表面积测试仪、扫描电镜-能谱分析、透射电镜、X射线光电子能谱仪及傅里叶红外光谱仪对筛选出的材料进行结构表征;研究改性复合材料吸附ENR的影响因素(ENR浓度、复合材料投加浓度和溶液pH),并结合吸附动力学、等温吸附模型和吸附热力学探究其对ENR的吸附作用机制。结果表明:未改性的废白土炭复合材料对ENR吸附效果较差,而采用H₃PO₄改性后的复合材料对ENR吸附效果均有所提升,其中HA&C300吸附效果最佳;与A&C300相比,HA&C300表面官能团丰富度和含氧官能团数量增加,疏水性增强,比表面积和总孔容分别为45.72 m²·g^-1和0.10 cm³·g^-1,分别是A&C300的1.54倍和1.59倍;当ENR初始浓度为10 mg·L^-1时,HA&C300对ENR吸附的最佳参数为投加浓度0.5 g·L^-1、pH 6,此时去除率最高达到92.34%,是A&C300去除率的2倍,最大吸附量达66.79 mg·g^-1。HA&C300对ENR的吸附过程符合拟二级动力学方程和Freundlich模型,吸附过程主要受控于化学吸附,为自发的吸热反应,吸附机制包括氢键、π-πEDA、疏水作用和孔径填充。     

不同纳米材料对As(Ⅲ)的吸附机制

为明确不同纳米材料对水中As(Ⅲ)的吸附效果和机制,筛选出经济有效的As污染吸附材料,采用批处理振荡平衡法,研究了多层氧化石墨烯(多层GO)、20 nm羟基磷灰石(P20)、40 nm羟基磷灰石(P40)以及纳米零价铁(n Fe)对As(Ⅲ)的吸附差异性。结果表明,不同纳米材料对As(Ⅲ)的吸附能力存在显著差异(P0.05),吸附容量的大小顺序为多层GO(17.4 mg·g~(-1))P20(2.74 mg·g~(-1))P40(2.17 mg·g~(-1))n Fe(0.976 mg·g~(-1))。其中,多层GO对As(Ⅲ)的吸附效果最好,其饱和吸附量是nFe的17.8倍。通过能量弥散X射线谱(EDS)、X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FTIR)等对不同纳米材料吸附As(Ⅲ)前后进行分析,证实了多层GO的吸附机制是以单层化学吸附为主;P20、P40、nFe吸附机制为材料表面的聚沉吸附及含氧官能团与As(Ⅲ)发生络合等反应的吸附。实验结果表明多层GO可作为吸附材料用于As(Ⅲ)污染水体的修复。     

废报纸生物质炭的制备及对铜离子的吸附性能

  目的  以废报纸为原料，通过氮气（N₂）保护在不同热解温度下制备生物质炭，并探讨废报纸基生物质炭对铜离子（Cu2+）的吸附性能和吸附机制。  方法  采用元素分析、比表面积分析仪（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和原子吸收光谱仪（AAS）等对生物质炭进行表征。  结果  所制备的生物质炭具有多孔结构，比表面积高（211 m2·g-1），有利于从水中去除Cu2+。生物质炭的物理和化学性质随着热解温度的变化而变化。随着热解温度的升高，生物质炭的芳香性、比表面积、pH和灰分含量逐渐增加，而氢、氮和氧含量下降。同时进行批量吸附试验，分析溶液初始pH、吸附时间、初始浓度、不同吸附温度对生物质炭吸附容量的影响。热解温度为400、500、600℃的生物质炭在30℃、pH为5.0的条件下最大吸附容量分别为107、115和138 mg·g-1。伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型能很好地模拟吸附过程，表明在此吸附过程中，化学吸附是限速步骤，吸附发生在吸附剂内特定的均相位点（单层吸附）。通过热力学模型计算所得ΔHo为正值，表明吸附过程是吸热反应。此外，生物质炭的吸附机制包括沉淀作用、离子交换、π-π作用和络合反应。  结论  本研究以废报纸为原料，所制备的生物质炭是具有一定应用前景的、环境友好的、高效的Cu2+吸附材料。     

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。     

生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响

为了探讨生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响,减少黑土中硝态氮的淋失、提高氮肥利用率以及为农业废弃物资源化利用提供理论依据,采用培养试验,应用Langmuir方程和Freundlich方程,研究了添加不同来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和不同添加比例(0.6%、1.2%、3.6%、6%)生物质炭对黑土中硝态氮(NO_3~--N)的吸附和解吸特征。结果表明,施用生物质炭可增加黑土对NO_3~--N的吸附量,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的吸附量最大;施用玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最大(实际最大吸附量为0.929 mg·g~(-1)),施用松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最小(实际最大吸附量为0.578 mg·g~(-1))。施用生物质炭可降低黑土对NO_3~--N的解吸率,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的解吸率最低;添加玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最低,添加松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最高。不同生物质炭对NO_3~--N的吸附能力表现为玉米秸秆稻壳松木;对其解吸能力表现为玉米秸秆稻壳松木。生物质炭及添加生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附过程符合Langmuir方程。     

四种有机物料对Pb2+的吸附特性

为研究不同有机物料的性质特征以及对重金属离子的吸附能力,选用四种农林废弃物或其加工产物(锯末生物炭、玉米秸秆、鸡粪、食用菌菌渣),利用SEM、FTIR等方法对其形态和官能团进行表征,并通过对Pb~(2+)的批量吸附试验,考察了pH、时间、溶液初始浓度对吸附量的影响。结果表明,四种材料均能够有效吸附Pb~(2+),但吸附特性有一定差异。生物炭、秸秆、鸡粪最佳pH为5,且受pH影响较大;菌渣最佳pH为2,受pH影响不大。25℃、pH 5时四种材料均能较快地达到吸附平衡,且吸附量随时间的变化数据均符合准二级动力学模型,吸附量随初始浓度的变化数据均能较好地拟合Langmuir等温方程,其中生物炭的饱和吸附量远高于其他三种材料,达到411.52 mg·g~(-1),秸秆、鸡粪、菌渣的饱和吸附量分别为40.90、41.82、115.65 mg·g~(-1)。