核桃壳基生物质炭的制备工艺及其性能研究

为了优化生物质炭制备工艺,得到高性能、低成本的生物质炭产品。笔者以核桃壳为原料,分别考察了炭化温度、活化剂种类、活化时间、活化温度、活化剂浓度对生物质炭得率、碘值、亚甲基蓝值的影响,并对炭化与活化后的产物进行对比。结果表明:活化剂种类是影响生物质炭性质的主要因素,最优工艺条件是以磷酸为活化剂,液固比为2:1,活化剂浓度为50%,活化温度为400℃,活化时间为120 min,其产物具有发达的孔隙,高比表面积和完好的整体结构,碘吸附值为1574.8 mg/g,亚甲基蓝吸附值为120 mg/g。     

微波裂解稻壳制备活化炭的工艺研究

为了推动生物质产业链,进一步开发生物质能,从而充分有效地利用农林有机废弃物,通过微波裂解稻壳制得稻壳炭,用化学活化法制备高品质的活性炭。采用碱溶法(NaOH)除去稻壳炭中SiO2,固体碳通过化学活化法来制备高质量活性炭。选取活化剂质量比、浸渍时间、活化温度、活化时间4个因素,每个因素三水平,通过正交试验对最佳活化剂制备活性炭的工艺条件进行优化,提高稻壳的综合利用率。以碘吸附值为主要品质衡量指标。通过单因素和正交实验确定最佳活化工艺条件为以氢氧化钠作为活化剂,炭碱比为1:2,活化温度为700℃、活化时间为2 h,浸渍时间为24 h,稻壳活性炭的碘吸附值为965.22 mg/g,超过了净水用活性炭的国家二级品指标,而亚甲基蓝吸附值为148.50 mg/g,达到了净水用活性炭的国家一级品标准。     

磷酸活化法制备油茶籽壳活性炭的研究

以油茶籽壳为原料,选择磷酸为活化剂,研究油茶籽壳活性炭的制备工艺。首先通过单因素试验确定液料比、炭化温度、活化温度、活化时间4个显著因素,再通过正交试验对油茶籽壳活性炭制备工艺进行优化。结果表明,选定活化剂磷酸的质量分数为60%,炭化时间为140 min时,制备油茶籽壳活性炭的最佳工艺条件是液料比3.0∶1,炭化温度200℃,活化温度550℃,活化时间60 min,活性炭产品的亚甲基蓝吸附值可达10.5 mL/0.1 g,碘吸附值为1 461 mg/g,以上2个指标均达到木质净水用活性炭中的优级品要求。     

生物质炭对水溶液中Pb2+的吸附性能研究

针对山西省土壤Pb2 +污染问题，为了选择一种环保及可循环利用的生物质材料。以农业废弃物小麦秸秆和花生壳制备而成的生物质炭为材料，通过平衡吸附法确定影响吸附的最佳条件。结果表明，当Pb2+初始浓度为200 mg/L时，生物质炭添加量为8 g/L，pH值3~7，25℃条件下震荡360 min，为最适吸附条件，吸附效果最好，吸附量达24.85 mg/g，去除率达99.38%。该种生物质炭对Pb2 +的吸附符合二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型，R2分别达0.9994和0.9985。本研究表明，用小麦秸秆和花生壳制备而成的生物质炭在一定条件范围内对Pb2+具有良好的去除作用。     

KOH活化法制备沙柳枝木活性炭的研究

活性炭是一种疏松多孔的碳单质,具有吸附作用,已在诸多领域广泛应用,例如,食品加工、军事化学防护、环境保护等。针对沙柳枝木的利用现状,选取KOH为活化剂并且采用微波法制备沙柳枝木活性炭,研究了活化剂辐射时间、质量浓度、液料比、辐射功率、浸渍时间等因素对活性炭吸附性能的影响,通过对单因素试验结果的正交优化,得出活性炭制备的最佳方法如下：KOH活化法制备沙柳枝木活性炭的最佳工艺条件为：液料比4:1、浸渍时间18 h、辐照功率560 W、辐照时间20 min,该工艺条件下所制备的活性炭成品碘吸附值为1011.01 mg/g,达到了GB/T 13803.2—1999中一级品标准。     

玉米秸秆与甘蔗渣生物炭的制备及其对Cr~(6+)离子的吸附性能研究

以Cr~(6+)的清除率为评价指标,研究不同时间、温度、配比条件下的生物炭吸附性能,优化玉米秸秆与甘蔗渣生物炭的制备过程。采用单因素试验和正交试验研究生物炭的吸附性能,单因素试验是研究炭化时间、炭化温度、生物炭配比对生物炭吸附性能的影响。正交试验是通过单因素试验选取比较优异的试验条件进行L9(34)的正交试验,通过分析比较得出最佳试验条件。单因素试验发现,混合生物炭对Cr~(6+)的清除率在炭化时间1.5 h,炭化温度500℃,生物炭配比0.50∶0.50时达到最高;正交试验极差分析和方差分析发现,炭化时间对Cr~(6+)的吸附性能影响比较显著,而炭化温度、生物炭配比对Cr~(6+)的吸附性能影响不显著,最佳吸附条件为炭化时间2.0 h,炭化温度450℃,生物炭配比0.50∶0.50,在此条件下制备的混合生物炭对Cr~(6+)的清除率可达88.74%。     

玉米秸秆生物炭对杀扑磷吸附性能研究

研究了玉米秸秆生物质炭对水中杀扑磷的吸附去除,并讨论了玉米秸秆生物质炭投加量、pH值、吸附时间对去除效果的影响。确定了最佳吸附条件为20 m L水样中,玉米秸秆生物炭投加量为0.6 g,pH值为6.5,吸附20 min能有效去除水中的杀扑磷。结果表明,玉米秸秆生物炭对水中杀扑磷农药具有较好的去除效果,去除率达91%。     

花生壳生物炭对铵态氮的吸附性能研究

为揭示生物炭对铵态氮的吸附性能,以花生壳为原料,低氧热解(300℃)制备生物炭,采用批量平衡吸附法,研究花生壳生物炭对铵态氮(NH4+-N)的吸附机制及影响因素。研究结果表明：生物炭吸附NH4+-N的量随溶液NH4+-N初始浓度增加而增加,当初始浓度接近100 mg/L 时,吸附趋于饱和,最大吸附量达5.79 mg/g。Langmuir 能较好地拟合花生壳生物炭对NH4+-N等温吸附数据,表明吸附是以单层吸附为主导。生物炭对NH4+-N的吸附约30 min 达到平衡,伪二级动力学方程能较好地描述其吸附动态;随生物炭添加量的增加,其对NH4+-N的吸附量下降,而吸附率逐渐增加,100 mg/L吸附体系中,生物炭适宜添加量为0.6 g/50 mL,最大吸附率达40%。生物炭吸附NH4+-N的量随溶液pH升高而增加,当体系pH 9.0 时,吸附量高达8.8 mg/g。可见,溶液NH4+-N初始浓度、生物炭添加量及pH是影响生物炭吸附性能的重要因素。     

炭化温度对小麦秸秆炭化产率及理化特性的影响

研究了炭化温度对小麦秸秆生物炭产率及理化特性的影响,为小麦秸秆生物炭的制备及还田作用机制提供理论依据。通过低氧炭化法,以20℃/min的升温速度将小麦秸秆炭化至特定温度(100,200,300,400,500,600,700,800℃),然后对其炭化产率和理化性质(孔隙状况、全碳及无机碳含量、CEC含量、表面含氧官能团情况及p H值、FTIR)进行分析,结果表明,低温炭化时小麦秸秆生物炭呈酸性,400℃之后呈碱性;随热解温度的升高,小麦秸秆生物炭的炭化程度逐渐增大,100~400℃产率自91.32%降至18.52%;炭化过程中,小麦秸秆生物炭孔隙增加,结构疏松;比表面积、孔径和比孔容均表现出先增大后减小的趋势,且均在400℃时达到最大,分别为6.675 m2/g、13.992 nm、0.015 cm3/g;有机碳含量在200~400℃较高;CEC含量于400~800℃维持在较高水平,处于69.13~84.35 cmol/kg;FTIR和表面含氧官能团的结果显示,小麦秸秆生物炭的芳香化程度随着热解温度的升高而增大,结构也愈加稳定。小麦秸秆的制备以400℃左右的炭化温度条件较为理想。     

粉煤灰治理污染土壤的染料废水之效果初报

实验测定了粉煤灰对酸性金黄G染料废水中酸性金黄G染料的吸附效能。研究了加灰量,pH值及活化处理温度对粉煤灰吸附效能的影响。结果表明：粉煤灰对酸性金黄G染料有极明显的吸附效能,可具有极好的以废治废效果;随着粉煤灰的加入,染料去除率大幅度提高,对于染料浓度低于50mg/L的溶液,去除率可达到100%;吸附pH值范围为5~6.5,活化温度为300℃时,粉煤灰的吸附能力最强。     

越南广宁省水稻废弃物生产生物质炭的潜力分析

随着农业的发展,越南秸秆资源总量不断增加。但秸秆资源综合利用程度较低,产业化发展滞后,秸秆焚烧而引发的环境问题日益突出。近年来,高温热裂解生物质炭化与生物质农业应用成为秸秆资源化的新方向。笔者以越南广宁省为研究对象,通过随机走访农村并发放调查问卷,采集农业废弃物利用信息,特别是资源化利用中存在的实际问题,进而采用成本效益分析方法估算农户规模水稻秸秆生产生物质炭的经济效益。结果表明:农户秸秆炭化收益最高可达1275元/(hm2·a),生物质炭的碳交易收益可达117元/(hm2·a)。笔者还分析了农业废弃物制成生物质炭对环境和社会的效益,以期为越南乃至东盟国家秸秆炭化的资源化利用提供科学依据与生物质炭产业发展的参考。     

牛粪生物质炭基肥对青稞生长、产量及氮素利用的影响

为探讨不同配比的生物质炭基肥料对青稞生长、产量和氮素利用的影响。以牛粪为研究对象,在限氧条件下经高温热解炭化制成生物炭,将生物质炭与一定比例的化学肥料混合,制成生物质炭基肥料。研究表明,随着碳化的进行,牛粪中的全氮和有机质（有机碳）含量降低,材料的碳氮比也随之降低,而全磷、全钾的含量升高;增施牛粪生物炭,青稞叶片中叶绿素含量升高,促进作物对肥料中养分的利用,进而利于青稞生长,草木灰与化肥配施的叶片叶绿素含量最高;不同处理籽粒产量之间的差异达到极显著;化肥施入量减少至70%,牛粪生物炭施入量30%时,籽粒产量最高,达到4830.75 kg/hm²,高于有机肥、草木灰与化肥配施和羊粪的处理（较对照增产13.88%）;22500 kg/hm²羊粪处理的秸秆产量最高;同等氮输入条件下,减少化肥施用量,增加生物炭,可以提高氮素利用效率。     

Biochar Mitigates Salinity Stress in Potato

A pot experiment was conducted in a climate‐controlled greenhouse to investigate the growth, physiology and yield of potato in response to salinity stress under biochar amendment. It was hypothesized that addition of biochar may improve plant growth and yield by mitigating the negative effect of salinity through its high sorption ability. From tuber bulking to harvesting, the plants were exposed to three saline irrigations, that is 0, 25 and 50 mm NaCl solutions, respectively, and two levels of biochar (0 % and 5 % W/W) treatments. An adsorption study was also conducted to study the Na⁺ adsorption capability of biochar. Results indicated that biochar was capable to ameliorate salinity stress by adsorbing Na⁺. Increasing salinity level resulted in significant reductions of shoot biomass, root length and volume, tuber yield, photosynthetic rate (A_n), stomatal conductance (g_s), midday leaf water potential, but increased abscisic acid (ABA) concentration in both leaf and xylem sap. At each salinity level, incorporation of biochar increased shoot biomass, root length and volume, tuber yield, A_n, g_s, midday leaf water potential, and decreased ABA concentration in the leaf and xylem sap as compared with the respective non‐biochar control. Decreased Na⁺, Na⁺/K⁺ ratio and increased K⁺ content in xylem with biochar amendment also indicated its ameliorative effects on potato plants in response to salinity stress. The results suggested that incorporation of biochar might be a promising approach for enhancing crop productivity in salt‐affected soils.     

植酸淀粉的干法制备工艺研究

以玉米淀粉为原料,以植酸钠为改性剂,研究了植酸淀粉的干法制备工艺,探索了pH值、植酸钠用量、植酸钠质量分数、反应温度和反应时间等因素对产品取代度的影响。研究结果表明,植酸淀粉的最佳制备工艺条件为:植酸钠用量6%,植酸钠质量分数15%,反应温度140℃,反应时间2h,pH值为8。     

芦根表面铁氧化物对水体中五价砷吸附性能的研究

芦苇是多年生湿地植被,其根系具有向根际环境释放氧气和氧化性物质,并在根表和根际形成铁氧化物膜状包被的特性。笔者针对芦苇根表生物成因的铁氧化物具有两性胶体的性质,以直接和高温炭化得到的芦根表面的铁氧化物为吸附材料,采用等温平衡法研究了该吸附材料对外部溶液中五价砷吸附效果。结果表明:在酸性条件下芦根根表获取的铁氧化物对五价砷的吸附能力明显强于中性及碱性条件;两种方式获取的铁氧化物材料对砷的吸附性能如下:随着外部介质溶液中砷添加浓度的增加,铁氧化物材料对砷的吸附量逐渐增加,当外加砷浓度为200 mg/L时,砷吸附量最高分别达(17.00±3.25)mg/g和(12.82±1.01)mg/g。两种处理方式下,铁氧化物对砷的吸附均可以较好的拟合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,通过Langmuir等温吸附方程拟合得到砷最大吸附量分别为(17.72±1.09)mg/g和(21.94±6.74)mg/g。由此可见,生物成因的铁氧化物材料对五价砷有很强的吸附能力。综合考虑芦根根表铁氧化物对砷的吸附能力及其对处理砷污染水体的可行性,该生物材料的高温炭化处理方式优于直接获取的处理方式。     

不同裂解温度的污泥生物质炭理化特性分析

研究裂解温度对污泥生物质炭基础理化性质的影响,为安全、合理、高效处置污泥提供理论依据。将干燥污泥分别在200、300、500、700℃下进行热裂解处理(SBC200、SBC300、SBC500、SBC700),获得污泥生物质炭,测定其基础理化特性。结果表明：不同温度制备的污泥生物质炭表面颗粒结构完好,孔径范围均集中在10~50 μm,其中低温生物质炭SBC200表面较光滑,最可几孔径和中值孔径最大,分别为20.1 μm和14.8 μm,高温生物质炭SBC700表面较粗糙,比表面积最大,为5.98 m²/g。随裂解温度的提高,污泥生物质炭的产率、含水量、电导率、挥发分、阳离子交换量显著下降,全碳、氧、全氮、氢含量、有效磷和铵态氮均逐渐降低,pH和灰分含量显著增加。将污泥制备成生物质炭,是安全处置污泥的有效途径,低温制得的污泥生物质炭具有更大的提高土壤肥力的潜力,而高温制得的生物质炭在改良土壤酸性的应用上具有更大的潜力。     

工厂化杏鲍菇菌渣生物炭制备及质量评价

为了更好地利用菌渣制备稳定、优质的生物炭，以12种不同原料配方工厂化杏鲍菇菌渣为材料，建立高温裂解生物炭制备工艺，利用孔雀石绿吸附能力对生物炭进行快速质量评价。12种菌渣理化性质表现出一定差异。以X₀组菌渣为材料，12种处理炭得率为26.00%~47.17%，且随着温度升高而降低。综合炭得率、孔雀石绿吸附率和能耗，确定400℃、2.5 h为菌渣生物炭最适制备条件。以该条件制备的11种菌渣生物炭各组间炭得率无显著差异，对400 mg/L孔雀石绿2 h吸附率均达到95%以上，表明具有良好的孔隙度和吸附效果。本研究建立了一种菌渣生物炭制备工艺和评价方法，为工厂化菌渣生物炭化利用提供理论和实践依据。