油料作物秸秆生物炭对水体中铅离子的吸附特性与机制

为探索利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体中Pb~(2+)污染的可行性,以农业废弃物胡麻秸秆和油菜秸秆为原材料,采用限氧裂解法在700℃条件下制备油菜秸秆(rape straw)生物炭和胡麻秸秆(flax straw)生物炭,通过2种生物炭对Pb~(2+)的批量吸附试验,利用4种吸附动力学模型(拟一级动力学、拟二级动力学、Elovich模型和颗粒内扩散模型)和4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich、Temkin和D-R模型)研究了胡麻和油菜秸秆生物炭对Pb~(2+)的吸附行为。同时,通过(brunauer emmett teller,BET)比表面积和孔径分析、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的结构和性质进行了表征,初步探讨了2种生物炭对Pb~(2+)的吸附机制。结果表明,胡麻和油菜秸秆生物炭分别在4 h和10 h达到吸附平衡,理论最大吸附量分别达到220.07和307.59 mg/g;2种生物炭对Pb~(2+)的吸附符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,表明其吸附过程为单分子层吸附;2种生物炭对Pb~(2+)的吸附作用为物理-化学复合过程,吸附机制主要包括静电作用、离子/配体交换、阳离子–π作用。研究结果可为油料作物秸秆的资源化利用和生物炭对水中重金属污染防治提供理论依据。     

秸秆生物炭对棕壤中Cu(Ⅱ)的吸附效应及影响因素

以棉花、花生秸秆为原料,采用限氧热裂解法分别于350℃、500℃、650℃下制备生物炭,通过等温吸附和吸附动力学实验,研究两种秸秆生物炭对棕壤中Cu(Ⅱ)的吸附特性和修复效应。结果表明:随裂解温度上升,秸秆生物炭的碳化程度和BET比表面积增加,而含氧官能团、H/C和O/C的比值则减少,且花生秸秆生物炭的芳香化程度、碳化程度和比表面积均高于棉花秸秆生物炭;不同温度梯度制备的生物炭在吸附效果及机制方面存在差异,秸秆生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附效果与Lagergren动力学方程的二级动力学方程、Langmuir等温方程可以较好拟合;随着pH的升高,吸附量均增加,吸附量在6.5时达到最大,且花生生物炭的吸附量大于棉花生物炭;SEM电镜扫描图展示了花生秸秆生物炭的表面特征和孔隙结构比棉花明显;FTIR谱图分析表明秸秆生物炭含氧官能团含量随裂解温度的升高而减少。综上,花生秸秆生物炭对山东棕壤重金属污染的修复效果更优。     

不同温度下水稻秸秆多孔生物炭结构与电化学性能

针对一步热解活化技术制备的秸秆多孔生物炭的表面活性位点偏少、孔隙结构不发达和电化学性能欠佳的问题,该研究以水稻秸秆微波磷酸水热炭为前驱体,开展了500～900 ℃下多孔生物炭的制备试验,探讨了不同温度下多孔生物炭的结构及电化学性能。结果表明,随着活化温度的升高,水稻秸秆多孔生物炭产率由50.31%降低到33.47%,800 ℃多孔生物炭的C含量最高,为74.09%。多孔生物炭表面上含有的-OH、C-O-C等含O基团和吡啶氮、吡咯氮、石墨氮和氮的氧化物等含N基团,有利于其在电解质中的润湿性,降低离子转移电阻。随着活化温度的升高,多孔生物炭的碳的无序度和缺陷程度先增加后降低。800 ℃多孔生物炭的表面缺陷较多,其比表面积为1 002.20 m2/g,总孔体积最大为0.79 cm3/g,中孔体积率为45.57%。在三电极的KOH电解质体系下,800 ℃多孔生物炭电极的比电容最大,倍率性能较好,电阻较小,且其在1 A/g电流密度下的比电容为312.81 F/g。800 ℃多孔生物炭制备的对称电容器在228 W/kg功率密度下的能量密度达到10.73 W·h/kg,且在10 A/g电流密度和5 000次循环充放电后,其比电容保持率为95.82%。     

不同热解温度制备的水稻秸秆生物炭理化特性分析

以不同热解温度(100～800℃)制备的水稻秸秆生物炭为研究对象,研究在不同热解温度下制成的生物炭的理化特性。结果表明,热解温度为100～300℃制成的水稻秸秆生物炭呈弱酸性,400℃以上时呈碱性;水稻秸秆生物炭表面碱性含氧官能团数量随着热解温度的升高而增加、酸性含氧官能团则减少;水稻秸秆生物炭中的官能团C=C、C-O-C、-OH和-C=O在较高的热解温度下发生缔合或消除,促进了芳香基团的形成;随着热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的阳离子交换量(CEC)、比表面积、孔径、比孔容、氮气吸附量和颗粒表面的分型维数(D1)均先增加后降低,阳离子交换量(CEC)在300～500℃时、其它性状在400～600℃之间达到最大值;以不同热解温度制成的水稻秸秆生物炭颗粒的孔隙结构均以孔隙宽度2～50 nm的中孔为主。随热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的产率逐渐降低;400～500℃炭化2 h,生物炭产率最高,其孔隙结构最为复杂,所以可以认为400～500℃是水稻秸秆炭化的最佳温度。     

冷冻方式对醛交联大豆蛋白多孔材料结构及吸附特性的影响

为制备纳米级孔径的大豆蛋白多孔材料,研究了冰箱和液氮冷冻处理的醛交联大豆蛋白多孔材料的结构及吸附性能。结果表明:戊二醛对大豆蛋白的交联效果优于甲醛和乙二醛。液氮冷冻处理的多孔材料比表面积和孔容均较大,而平均孔径较小;纳米级孔的孔径都分布在80 nm以内,介孔总孔容占比超过50%,大孔次之,微孔占比最小;冰箱冷冻样品纳米级孔的孔径主要分布在70 nm以内,且微孔和介孔孔容都小于采用液氮冷冻处理的样品。场发射扫描电镜分析表明,大豆蛋白多孔材料的孔形态为微米级圆孔和纳米级狭缝孔。冷冻处理比醛类交联剂对孔结构的影响大,合适的冷冻方式能替代或超过交联剂种类变化取得的效果。热重分析表明液氮冷冻处理的戊二醛交联大豆蛋白多孔材料热稳定性好;该多孔材料对对硝基苯酚和六价铬离子具有一定的吸附效果,是制备大豆蛋白多孔材料较合适的方法。研究结果为植物蛋白多孔材料的制备提供参考。     

热裂解温度对生物质炭吸附解吸Cd~(2+)行为的影响

以玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳为原料分别在350℃、450℃、550℃、650℃热裂解温度下制备玉米秸秆炭(MSB)、水稻秸秆炭(RSB)和稻壳炭(RHB),比较不同热裂解温度下三种生物质炭对溶液中重金属离子Cd~(2+)的吸附解吸特性。利用准一级、准二级和颗粒内扩散模型对吸附过程进行拟合,结果表明三种生物质炭对Cd~(2+)的吸附满足颗粒内扩散方程。随着热裂解温度的升高,同一种原料制备的生物质炭达到吸附平衡的时间缩短。Langmuir方程和Freundlich方程拟合结果显示,三种生物质炭对溶液中Cd~(2+)的吸附更符合Langmuir方程。单位数量的RSB在一定浓度Cd~(2+)溶液中对Cd~(2+)的吸附量显著高于MSB和RHB。三种生物质炭对Cd~(2+)的吸附量随制备生物质炭的热裂解温度的升高而降低。三种生物质炭中玉米秸秆炭的解吸率最小。因此评价生物质炭对溶液中重金属的去除效果需要考虑原料、热裂解温度等多种因素的影响。     

不同作物秸秆加工制成生物质炭的理化性质比较研究

为表征不同作物秸秆加工制成的生物质炭的理化性质差异,以玉米、水稻和油菜的秸秆为原料制备生物质炭,借鉴材料科学的方法,研究其形貌结构、表面特性和有机组分元素比等内容。结果表明:200℃→450℃作物秸秆样品失重量和失重速率最大,半纤维素和纤维素为主要燃失物质。玉米、水稻和油菜的秸秆生物质炭均为多孔结构,孔隙大小和形状各异。水稻秸秆炭的比表面积最大(2.65 m2g-1)、油菜秸秆炭次之(2.56 m2g-1)、玉米秸秆炭最小(1.84 m2g-1)。水稻、玉米、油菜秸秆炭的孔体积变化率分别在43 nm、62 nm、48 nm处达到峰值。油菜秸秆炭的H/C最小、为0.03,O/C和(O+N)/C最大、分别为1.15和1.19。因此,450℃更利于残留样品质量;生物质炭的孔隙结构决定其比表面积,油菜秸秆炭具有更强的芳香性、亲水性和极性。研究结果可为生物质炭的制取和应用提供参考依据。     

温度对玉米秸秆成型颗粒烘焙制备生物炭及其特性的影响

采用低温烘焙技术制备玉米秸秆成型生物炭,可解决玉米秸秆带来的环境污染及资源浪费。研究以玉米秸秆成型颗粒为原料,利用固定床反应器,制备了不同烘焙温度(250～400℃)成型生物炭,采用元素分析、工业分析、能量产率、质量产率、机械性能、疏水性、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)、元素K含量等分析生物炭特性。随烘焙温度升高,热值增加,能量产率降低,400℃时,成型生物炭热值为21.86MJ/kg,能量产率为50.17%。成型生物炭颗粒表面裂纹增多,机械性能降低,350℃烘焙成型生物炭(CSP350)机械性能好于400℃烘焙成型生物炭(CSP400),低于成型生物质颗。烘焙生物炭疏水性提升,可贮藏于室外。成型玉米秸秆经烘焙热解发生了脱水、脱羰基、脱甲基反应,纤维素、半纤维素热解剧烈,木质素开始热解。随温度升高,其孔径呈下降趋势,比表面积增大。结果表明,玉米秸秆成型烘焙生物炭可作为优质生物燃料,适宜制备温度为300～350℃。     

秸秆炭强化镁镧氧化物对沼液磷的回收效果

为回收沼液中的磷元素，前期研究采用了由镁镧金属离子调控合成的层状双金属氢氧化物（Mg/La0.1-LDO）材料，发现其具有丰富的层间离子和纳米粒子，在磷吸附方面体现了优异性能，但材料回收的分散性及原料成本高等因素降低了其应用价值。该研究利用农作物（水稻、玉米）秸秆固定强化Mg/La0.1-LDO，通过共热解法制备了不同温度（400、500和600 ℃）的秸秆炭镁镧双金属氧化物纳米复合材料（BC-LDO），考察不同条件下制备的BC-LDO对沼液磷的回收能力和机理。结果表明，高温（600 ℃）热解更有助于纳米粒子固定在秸秆炭上，秸秆炭强化镁镧氧化物复合材料（6YBC-LDO）含有丰富的介孔和微孔，更易与磷酸盐结合形成LaPO4沉淀和配体交换形成Mg3(PO4)2内球络合物，6YBC-LDO对磷酸盐具有高度选择吸附性并可多次重复利用，能在30 min内回收沼液中90%的磷，饱和吸附量达366.39 mg/g。将该材料应用于沼气工程沼液磷回收处理中，投加2 g/L吸附剂可去除沼液中90%以上的磷酸盐，表明采用6YBC-LDO处理沼液具有良好应用前景。     

豆壳基炭材料的响应面优化设计及电化学特性

为了满足人们对新型储能设备的需求,以生物质尤其是农林废弃物基炭材料作为电极材料的超级电容器备受关注。该研究以农业废弃物材料刀豆壳作为前驱体,采用KOH活化方法制备高比面积活性炭并作为超级电容器电极材料。以材料比电容为响应值,活化温度和活化比例为试验因素,采用中心复合设计方法(CCD,Central Composite Design)进行响应面优化研究,并探究在最佳工艺条件下制备的活性炭的电化学性能。研究结果表明:活化温度和活化比例对刀豆壳活性炭材料的比电容均具有显著影响。优化得到的最优工艺参数为活化温度694℃,活化比例4.17∶1。验证试验得到刀豆壳活性炭材料的平均比电容为254 F/g,与预测值基本吻合。同时对活性炭进行了性能表征,采用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)和透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscope)观察活性炭的形貌特征,通过氮气吸-脱附测试研究了炭材料的孔隙结构,结果表明:刀豆壳活性炭材料表面分布大量纳米孔,最大比表面积可达3 129 m~2/g,总孔容达1.68 cm~3/g,微孔孔容达0.96 cm~3/g,有利于电解液流通和电解质离子吸附。     

碳酸钾添加比例对玉米秸秆生物炭表面特性的影响

在600℃的热解温度下通过添加不同比例的碳酸钾制备活性生物炭。对比分析了碳酸钾活化生物炭(KBC)和普通生物炭(BC)的特性,包括生物炭红外光谱特征、表面官能团、比表面积和孔径分布及吸附动力学过程等。结果表明,经碳酸钾活化的生物炭比表面积大为提高,最高达到566 m2 g-1(KBC-2-600),而普通生物炭(BC600)的比表面积仅为86.8 m2 g-1,KBC600系列的介孔容积和微孔容积均显著高于BC600,介孔容积平均扩大了16倍,微孔容积平均扩大了4倍,同时提高了微孔率。经碳酸钾活化的生物炭表面官能团的数量和饱和度发生改变,在1 256 cm-1~3 414 cm-1处,官能团的总体含量均低于普通生物炭,酯类羰基消失,形成氢键的能力减弱,非饱和醚类增加,芳香性和非极性提高,此表面特征更有利于吸附非极性芳香类污染物。对萘吸附的动力学实验表明,BC600和KBC-4-600均适合以二级动力学模型拟合,经碳酸钾活化后,生物炭的吸附性能提高,颗粒内扩散模型拟合结果表明,经碳酸钾活化后,生物炭内部孔隙复杂程度和数量均得到提高。碳酸钾活化的生物炭表面性质优良,作为高效吸附剂用于修复非极性芳香类污染有很大潜力。     

水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

本文以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下生物炭的性质,并利用批处理实验,分析了生物炭添加量和热解温度对土壤磷吸附特性的影响。结果表明：随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。生物炭添加显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物炭热解温度的增加,土壤对磷的吸附量显著增加。Langmuir方程和Freundlich方程都能够较好地拟合生物炭对土壤磷的等温吸附。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述生物炭对土壤磷吸附动力学的行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤改良方面具有一定的应用潜力。     

镉污染水稻秸秆生物炭对土壤中镉稳定性的影响

中国农田土壤镉等重金属污染问题突出,对其生产过程中产生的镉污染水稻秸秆进行无害化和资源化利用研究具有重要意义。该研究通过连续提取试验、风险评价指数法、吸附动力学/热力学、土柱试验,以及X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱分析等手段,探究了不同热解温度下制备的镉污染水稻秸秆生物炭对土壤中Cd的稳定特性。研究结果表明,镉污染水稻秸秆热解制备的生物炭可有效吸附土壤镉。热解温度显著影响生物炭对Cd的吸附能力（P<0.05）,高温生物炭对Cd吸附容量大,700 ℃下制备的生物炭对Cd的吸附容量可达72.57 mg/g。生物炭对Cd的吸附主要通过含氧官能团表面络合和碳酸盐共沉淀吸附,其吸附过程符合Langmuir方程和准二级动力学模型,吸附过程受化学速率控制。土柱试验表明,镉污染水稻秸秆生物炭能有效降低土壤Cd的下渗迁移能力,其作用机制主要是将土壤Cd从酸可提取态转化为残渣态,施入高温生物炭的土壤中Cd的残渣态比例最高。上述结果表明,热解可有效处理镉污染水稻秸秆,制备的生物炭可用于Cd等重金属污染土壤的稳定修复,有效解决镉污染水稻秸秆的潜在二次污染问题并实现其安全利用。     

填料碳种类对蚯蚓生物工程床净化畜禽养殖污水的影响

蚯蚓对不同种类填料碳的分解转化特征各异,继而影响蚯蚓生物工程床净化养殖污水的效果。为明确填料碳种类对净化畜禽养殖污水的影响特征,以水稻秸秆和水稻秸秆生物炭为生物工程床碳源填料,采用间隙式布料方式,连续22 d监测进水和出水水质。结果表明:秸秆填料的生物工程床对畜禽养殖污水特征污染物平均削减量分别为硝态氮67.2%,氨氮81.4%,总氮79.5%,磷酸盐29.9%,总磷35.2%,COD 21.4%,EC值77.8%;秸秆填料的生物工程床中添加蚯蚓后改变了特征污染物削减量,提升平均削减量分别为氨氮11.1%、总氮10.4%、磷酸盐17.8%、总磷73.9%和COD 27.3%,降低平均削减量分别为硝态氮10.3%和EC值3.4%;生物炭填料的生物工程床对畜禽养殖污水特征污染物平均削减量分别为硝态氮36.8%,氨氮86.2%,总氮53.4%,磷酸盐21.2%,总磷33.3%,COD 33.3%和EC值51.7%;生物碳填料的生物工程床添加蚯蚓后改变特征污染物削减量,削减量平均提升分别为硝态氮0.4%、氨氮1.4%、总氮10.6%、磷酸盐26.0%、总磷29.5%、COD 39.2%和EC值0.7%。秸秆填料和生物炭填料的生物工程床对出水p H值增加量平均为3.1%和7.7%,添加蚯蚓后出水p H值下降,平均下降率为0.1%和7.7%。总之,填料碳种类和蚯蚓活动显著影响生物工程床净化养殖污水的效果,秸秆填料有利于畜禽养殖污水硝态氮、总氮、磷酸盐、总磷和EC值削减;生物炭填料有利于畜禽养殖污水氨氮和COD削减,并显著增加出水p H值。生物工程床添加蚯蚓后明显提高畜禽养殖污水氨氮、总氮、磷酸盐、总磷和COD的削减,但不利于硝态氮削减。     

典型农业生物炭理化特性及产品质量评价

生物炭能修复土壤、替代化石燃料、吸附水土气中的环境污染物等,应用潜力较大,但目前生物炭存在质量差异大、测试指标及方法不明确等问题,该文以农作物秸秆及农产品加工副产物为原料生产的生物炭为研究对象,系统梳理了生物炭物理、化学、热化学、表面化学等特性及有毒污染物。归纳提出了肥料炭、能源炭、活性炭等不同应用方向的生物炭主要指标、质量要求及测定方法。建议尽快制定生物炭质量评价标准体系,针对肥料炭、能源炭、活性炭等不同应用方向的提出生物炭的质量分级标准,制定和完善各个指标试验方法,为加快推进生物炭产业化应用提供技术支撑。     

赤铁矿改性生物炭回收水中磷及其作为磷肥的效果

利用生物炭材料的吸附作用回收污水中的磷，作为磷肥应用到土壤进行农业生产是一种简单有效、成本低廉的措施，成为解决环境污染和磷资源紧缺问题的一种潜在方案。该研究采用单因素结合响应面方法优化赤铁矿（H）改性核桃壳生物炭（BC）的制备工艺。通过模型拟合分析了改性生物炭（H-BC）对水中磷（P）的吸附特性，并测试表征探讨其吸附机理。最后，将饱和吸附磷后的改性生物炭（H-BC-P）应用到土壤，采用盆栽试验分析其作为磷肥的效果和潜力。结果表明：核桃壳/赤铁矿质量比为1:1，在850 ℃下热解45 min制得的改性生物炭对磷的去除率达到98.42%，饱和吸附量为15.59 mg/g。H-BC吸附P的过程更符合准二级动力学模型和Freundlich模型，表明该过程是多分子层吸附，化学吸附是限制吸附速率的主要步骤。酸性条件有利于H-BC对P的吸附，从成本角度考虑，H-BC的最佳用量为2.5 g/L。H-BC-P可以改良酸性土壤pH，增加土壤全磷和Olsen-P含量。黄棕壤和红壤中生菜的生物量均有明显增加。研究表明赤铁矿改性生物炭是一种环境友好的磷吸附剂，且吸附磷后的残渣可以作为磷肥应用到土壤。     

水洗处理对秸秆生物质炭吸附解吸Cd2+和Pb2+的特性影响

水洗处理在不影响生物质炭性质的前提下,可以去除附着在其表面的热解副产物,从而保证对重金属离子的去除能力。以小麦和玉米秸秆为原料,比较两种秸秆类生物质炭对溶液Cd2+和Pb2+的吸附解吸特点及其水溶性盐分含量的影响。结果表明,小麦和玉米秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附过程均更好地符合准二级动力学方程和Langmuir方程。小麦秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的最大吸附量达12.82 mg g?1和9.91 mg g?1,为玉米秸秆吸附量的1.31 ~ 1.76倍和1.06 ~ 1.53倍。洗脱水溶性盐分可以降低生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附,水洗后小麦秸秆和玉米秸秆生物质炭对Cd2+的最大吸附量分别降低42.36%和60.13%,对Pb2+的最大吸附量分别降低29.47%和62.72%。水洗处理提高了两种秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的解吸率,其中小麦秸秆生物质炭提高幅度较大,由原来对Cd2+的解吸率为1.84% ~ 13.05%提高到7.88% ~ 20.19%,对Pb2+的解吸率为1.57% ~ 11.82%提高到6.34% ~ 16.94%。因此,可溶性盐分在秸秆生物质炭吸附Cd2+和Pb2+的过程中具有重要作用,该研究结果将为制备高效修复重金属污染土壤的生物质材料提供技术支撑。     

Changes in biochar properties in typical loess soil under a 5-year field experiment

Purpose

After biochar is applied to soil as a sustainable soil amendment and a carbon (C) sequestration technique, its physicochemical properties change over time. However, few studies have reported on the changes of biochar properties over the aging process under field conditions. An understanding of such changes can help us to make full use of biochar as a sustainable soil amendment and C sequestration technique.

Materials and methods

We used apple tree branches as the raw material to produce biochar and studied the changes in the physicochemical properties of the biochar over a 5-year field experiment. Scanning electron microscopy (SEM), specific surface area (SSA) and micropore area, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) spectroscopy, elemental analysis, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were performed.

Results and discussion

After 5 years of aging, the SSA of the biochar had increased by 23.91% relative to that of fresh biochar; however, the SSA initially decreased over the first 3 years and then increased over the next 2 years. The reasons for the initial decrease were the destruction and clogging of the existing pore structure, whereas new micropore formation was responsible for the subsequent increase, as verified by micropore area, SEM and XPS analyses. The C content of the biochar was stable over the 5 years, but the surface O content and quantity of oxygen-containing functional groups increased relative to those of fresh biochar, which impacts the adsorption capacity of the biochar.

Conclusions

Our findings illustrate that the SSA of the biochar varied with time during the aging process. The stability of the C illustrated the potential of biochar as a C sequestration technique. The increase in oxygen-containing functional groups of the biochar was responsible for the process of nutrient adsorption.

     

不同生物质炭对棕壤中磷素吸附解吸的影响

为了减少土壤磷素流失,提高磷肥利用效率,探究不同生物炭对棕壤中磷素吸附解吸行为的影响规律,以水稻秸秆、玉米秸秆和花生壳为原材料,利用限氧升温炭化法制备生物炭,通过批量吸附实验研究了生物炭种类和生物炭添加量对棕壤磷吸附解吸的影响。结果表明：水稻秸秆生物炭在添加量为0.4%时显著提高棕壤对磷的吸附量,花生壳生物炭和玉米秸秆生物炭则显著降低棕壤对磷的吸附量；等温吸附曲线表明,不同生物炭均未改变等温吸附曲线的变化趋势,均可用Langmuir方程和 Freundlich 方程进行描述(R²>0.93),其中 Langmuir 方程拟合效果更好,不同处理对磷的理论吸附量大小顺序为：水稻秸秆生物炭+棕壤>棕壤>花生壳生物炭+棕壤>玉米秸秆生物炭+棕壤；吸附动力学实验表明,不同生物炭均未改变磷吸附动力学曲线的变化趋势,在所有动力学模型中,准二级动力学模型最适合描述土壤对磷的吸附行为(R²>0.99),其次为准一级动力模型(R²>0.99)和Elovich动力学模型(R²>0.88)；三种生物炭均显著促进棕壤对磷的解吸,当生物炭添加量为≥0.2%时,水稻秸秆生物炭、玉米秸秆生物炭和花生壳生物炭,分别可提高棕壤对磷的解析率50%、70%和90%以上。由此可见,不同生物炭可提高棕壤对磷素的供应和利用,水稻秸秆生物炭在减少棕壤磷素流失、保护生态环境方面具有更大的应用价值。     

改性油菜秸秆生物质炭吸附/解吸Cd2+特征

该研究选用蒸汽爆破油菜秸秆,对其进行羟基磷灰石和KMnO4浸渍处理,再用壳聚糖和NaOH溶液改性所获得的生物质炭改性,以比较表面特性变化和吸附/解吸Cd~(2+)的特征。结果表明,改性处理可有效地在生物质炭表面负载相应官能团,如羟基磷灰石处理使生物质炭表面磷酸盐增多,比表面积提高至225.68 m2/g;而壳聚糖、KMnO4和NaOH处理,则引入了-NH2和-OH、-COOH等酸性含氧官能团。尽管改性生物质炭表面电荷减少,但Cd~(2+)吸附容量却提高了13%～315%,其吸附行为可用Langmuir等温吸附式拟合,并符合Pseudosecondorder吸附动力学方程。改性后,生物质炭对Cd~(2+)的吸附主要为专性吸附,其初始吸附速率提高了65%～379%,而解吸率降低了17%～91%,表明对Cd~(2+)的吸附更快且更加稳定,具有良好的应用潜力。