小麦秸秆生物炭对铅离子的吸附性能及小白菜中铅累积含量的影响

为探究小麦秸秆生物炭对重金属铅的吸附性能及吸附后对重金属的固定效果,开展了240℃热解小麦秸秆制备的生物炭对铅离子的吸附性能和对土壤中铅离子的固定效应及小白菜中铅累积含量的影响试验。结果表明,小麦秸秆生物炭对铅离子以化学吸附为主要过程,在298.15 K和323.15 K条件下的平衡吸附量分别为45.02 mg/g和51.05 mg/g;通过小白菜种植试验,生物炭在土壤中添加量大于1%时,小白菜含铅量小于0.1 mg/kg,且小白菜中铅含量随着生物炭用量的增加而减少,为解决铅离子污染的土壤问题提供了基础数据。     

生物炭与小球藻联合吸附重金属的效果

[目的]研究生物炭与小球藻对水体中重金属单独及联合吸附特性。[方法]以小麦秸秆生物炭和小球藻为吸附剂,进行了不同添加量的生物炭对Pb的吸附等温试验,小球藻对Pb等温吸附试验,以及生物炭和小球藻联合吸附Pb的等温吸附试验。[结果]生物炭与小球藻对Pb的等温吸附曲线均符合Langmuir方程。当生物炭添加量为50 mg/L时,吸附量最大,为203.339 mg/g;小球藻添加量为500 mg/L时最大吸附量为67.851 mg/g;生物炭和小球藻联合吸附的最大吸附量为79.144 mg/g。[结论]生物炭联合小球藻用于吸附Pb的最大吸附量高于单独吸附。     

秸秆和生物炭添加对污染土壤铅形态转化及小麦幼苗生长的影响

【目的】科学评价秸秆还田和生物炭添加对铅(Pb)污染土壤及小麦幼苗生长的影响,为农作物秸秆资源化利用和Pb污染土壤治理提供技术支持和理论依据。【方法】在外源添加Pb 5个B0(0 mg·kg^-1)、B1(510 mg·kg^-1)、B2(1 020 mg·kg^-1)、B3(1 530 mg·kg^-1)和B4(2 040 mg·kg^-1)质量分数背景下,通过盆栽试验设置CK(对照)、S(添加小麦秸秆3.33 g·kg^-1)、BC1(添加秸秆生物炭1 g·kg^-1)、BC3(添加秸秆生物炭3 g·kg^-1)和BC5(添加秸秆生物炭5 g·kg^-1)5个处理,系统研究了添加秸秆和生物炭对土壤有效态Pb含量、小麦植株Pb含量、小麦生长状况及土壤Pb形态的影响。【结果】添加秸秆和生物炭处理均可显著降低土壤有效态Pb含量,但Pb污染土壤的钝化修复效果与添加秸秆和生物炭量相关。与对照(CK)相比,B1、B2...     

改性小麦秸秆生物炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

以小麦秸秆为原料,通过高温热解和硝酸改性得到小麦秸秆生物炭吸附材料,将其应用于水中重金属六价铬[Cr(Ⅵ)]的处理,研究改性时间、溶液初始pH值、投加量对吸附效果的影响,并采用Freundlich和Langmuir等温吸附方程对等温吸附过程进行拟合。扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)表征结果表明,采用硝酸改性后的小麦秸秆生物炭内部结构舒展,孔隙丰富,具有更大的吸附空间,更有利于材料对Cr(Ⅵ)的吸附作用。批量处理吸附试验结果表明,对于50 mL浓度为100 mg/L的含Cr(Ⅵ)废水,改性小麦秸秆生物炭的最佳吸附条件为pH值3、吸附剂用量0.6 g、吸附时间12 h。等温吸附试验结果表明,吸附过程更符合Freundlich模式,最大吸附量可达到41.938 mg/g。     

玉米秸秆生物炭对镉污染土壤中小白菜生长的影响

本研究以小白菜为试验材料,采用模拟镉污染土壤的盆栽试验,研究玉米秸秆生物炭(施用量为10 g/kg、20 g/kg、30 g/kg)对镉污染土壤中小白菜生长的影响。结果表明:与常规土壤相比,镉污染土壤中小白菜的生长受到抑制,自然伸展高度、叶片开展度和单株鲜质量均下降。在镉污染土壤中,随着小白菜的生长,土壤中镉含量降低,小白菜可食用部位镉含量增加,施用适量的玉米秸秆生物炭可有效降低土壤中镉含量,缓解镉对小白菜的胁迫,使叶绿素含量、可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量有所增加,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性下降。综合各项指标,发现施用20 g/kg玉米秸秆生物炭对镉污染土壤胁迫的缓解效果最佳。     

玉米秸秆生物炭处理含铜废水效果研究

在环境监测过程中,水污染问题一直备受关注。该文以农业生产中产生的废弃物玉米秸秆为原料,采用限氧控温炭化法制得生物炭,研究其吸附废水中铜离子的性能,考察了生物炭投加量、振荡时间、铜离子初始浓度、以及初始pH值对吸附效果的影响,并作正交实验。实验结果表明:出玉米秸秆生物质炭吸附去除废水中铜离子是可行的;正交试验得出玉米秸秆生物炭吸附铜离子的影响因素大小为振荡时间pH初始浓度投加量,最佳水平组合为振荡时间为3h、投加量为0.6g、铜离子初始浓度为10mg/L、pH为6.3,去除率可达95.5%。     

生物炭对土壤固定铜及动植物行为的影响

通过表观吸附、小白菜盆栽、蚯蚓培养试验,研究了700℃玉米秸生物炭不同的施加量(0.5％、1％、2％、5％)对铜的固定、小白菜生物量和铜富集以及蚯蚓SOD活力的影响,以期确定合适的生物炭施加量.吸附试验结果表明,施加生物炭可明显地增加未污染土壤对铜的表观吸附能力.与对照相比,施加生物炭后外源铜污染土壤pH增加了0.21～1.05个单位,有机质含量增加了4.8～23.13 mg/kg,铜形态发生钝化,小白菜可食部铜浓度由89.2 mg/kg下降至80.5～38.6 mg/kg,可食部铜含量(可食部干重与铜浓度的乘积)由0.149 mg下降至0.141～0.097 mg.生物炭降低铜的生物有效性的效果随着施加量的增加而更明显.不过,相对于2％施加量的处理,施加5％的生物炭后,发现小白菜产量降低和蚯蚓SOD活力增加,表明施加高量生物炭会对小白菜和蚯蚓产生胁迫.     

不同制备条件生物炭对NH_4~+、NO_3~-、PO_4~(3-)的吸附能力初筛

以6种常见农业废弃物:小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳、玉米芯、猪粪、羊粪为主要材料,采用限氧裂解法在350℃和550℃条件下制备了12种生物炭,探究生物炭NH_4~+、 NO_3~-、 PO_4~(3-)吸附能力对生物炭原材料和制备温度变化的响应规律。研究发现,上述3种养分离子中,生物炭对PO_4~(3-)的吸附能力最强,12种生物炭平均为4.78 mg/g;其次是NH_4~+,平均为2.52 mg/g; NO_3~-吸附能力最低,平均为1.62 mg/g。秸秆类生物炭表现出较强的NH_4~+和NO_3~-吸附能力,羊粪生物炭对PO_4~(3-)的吸附能力最强。此外,生物炭对NH_4~+的吸附能力随制备温度的升高而降低,生物炭对NO_3~-、 PO_4~(3-)的吸附能力随制备温度的变化受原材料的影响。结合相关性分析发现,生物炭表面含氧官能团是影响其NH_4~+吸附能力的主要因素,灰分含量是影响其PO_4~(3-)吸附能力的主要因子之一。因此,生物炭具备一定的氮磷吸附能力,低温(350℃)秸秆类生物炭适用于NH_4~+吸附,高温(550℃)秸秆类生物炭适用于NO_3~-吸附,羊粪生物炭是PO_4~(3-)的良好吸附材料。     

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。     

烟草秸秆活性炭的制备及吸附性能研究

以烟草秸秆为原料,经氢氧化钠活化,制备烟草秸秆基活性炭吸附剂。结果表明,氢氧化钠活化法制备烟草秸秆活性炭的最佳工艺条件如下:炭化温度450℃、碱炭比1∶2、活化温度700℃、活化时间60 min。该工艺制备的烟草秸秆基活性炭吸附剂,其亚甲基蓝和碘吸附值分别为16.2 m L/0.1 g和1 140.13 mg/g。烟草秸秆基活性炭吸附剂对重金属镍离子(Ni~(2+))、锰离子(Mn~(2+))、铅离子(Pb~(2+))具有较好的吸附能力,其饱和吸附量分别为37.83、26.45、44.67 mg/g。利用扫描电镜对样品表面形态进行分析,发现其具有发达的孔隙结构。该试验为烟草秸秆的综合利用开辟了一条新的途径,具有一定的应用价值。     

氮磷钾肥配施对轻镉污染红壤中小白菜生长及镉累积的影响

采用网室盆栽试验方法,研究了氮磷钾(NPK)肥配施对轻镉污染红壤中小白菜生长及镉(Cd)累积的影响.结果表明:与对照比,除第四纪红土红壤中Cd 1.0 mg/kg、N 0.1 g/kg、P0.1 g/kg处理外,其他处理中小白菜体内含Cd量均有降低;缓解镉毒害方面,高P处理优于低P处理;高P和中低量NK肥配施在保证小白菜体内Cd含量最低的同时又能保证其最适的产量,其产量超过实际最高产量的89％.花岗岩红壤和第四纪红土红壤在含Cd 0.5 mg/kg时,NPK肥最佳配比均为N 0.1 g/kg、P 0.3 g/kg、K0.15 g/kg;含Cd 1.0 mg/kg时,花岗岩红壤最佳NPK最佳配比为N0.15 g/kg、P 0.3 g/kg、K 0.15g/kg.     

广西蔗渣炭和玉米秸秆炭对水体中铵氮的吸附性能与比较

为进一步利用广西大量的农业有机废弃物资源,实现资源和环境效益的最大化,采用恒温振荡吸附方法,研究蔗渣炭和玉米秸秆炭对NH4Cl溶液中铵氮的等温吸附特征、吸附动力学过程,分析吸附时间、初始液浓度、添加量对生物质炭吸附铵氮效果的影响。结果表明,蔗渣炭和玉米秸秆炭对铵氮的吸附平衡时间均为3 h,平衡吸附率分别为39.0%和41.3%。生物质炭对铵氮的吸附率随添加量的增加而增加,但单位吸附量随添加量的增加而减少。对铵氮的吸附符合Langmuir方程和Freundlich方程,蔗渣炭和玉米秸秆炭对铵氮最大吸附量分别为2.50mg/g和2.88 mg/g。总体上,玉米秸秆炭对溶液中铵氮的吸附性能优于蔗渣炭。     

原料、炭化温度和生物质炭组分对小白菜生长的影响

【目的】探究不同原料、炭化温度和生物质炭不同组分对植物生长的影响,进而揭示生物质炭的增产机制。【方法】分别以木屑和玉米秸秆为原料,在350、450、550℃下裂解得到生物质炭。采用热水浸提法将生物质炭中的可溶性组分（浸提液）与难溶性组分（炭骨架）分离。通过盆栽试验,研究不同生物质炭及组分对小白菜生长的影响。【结果】添加玉米秸秆生物质炭及其各组分处理下,小白菜地上部生物量平均为16.1 g/盆,显著高于添加木屑生物质炭及其各组分（13.0 g/盆）和对照处理（13.5 g/盆）。与地上部生物量类似,添加玉米秸秆生物质炭及其各组分处理下小白菜根长、根表面积、根体积和根尖数等形态学指标较木屑生物质炭和对照处理显著改善。添加炭骨架处理下小白菜地上部生物量平均为16.5 g/盆,较添加原状生物质炭和浸提液分别提高26.9%和17.9%。添加炭骨架处理下小白菜根长、根表面积、根体积和根尖数较添加浸提液处理分别提高64.1%、51.1%、38.3%和80.0%。不同炭化温度裂解得到的生物质炭对小白菜地上部生物量和根系生长无显著影响。与添加原状生物质炭处理相比,添加炭骨架处理下小白菜地上部氮含量提高25.9%,而磷和钾含量分别降低39.7%和14.1%。添加玉米秸秆生物质炭及其各组分处理下土壤pH、有机碳、全氮、速效磷和速效钾含量较添加木屑生物质炭处理分别提高0.1个单位、20.3%、19.1%、29.1%和189.2%。与添加原状生物质炭相比,添加生物质炭骨架处理下土壤有机碳、全氮、速效磷和速效钾含量分别降低14.6%、6.6%、41.3%和55.1%,土壤pH升高0.13个单位;而添加生物质炭浸提液处理下土壤有机碳、全氮和速效磷含量分别降低49.8%、18.9%和24.2%,土壤pH和速效钾含量无显著变化。相关分析表明,不同处理下小白菜地上部生物量与根长、表面积、平均直径、根体积、根尖数等根系形态指标和土壤pH呈正相关,与小白菜地上部磷含量呈负相关。【结论】生物质炭制备原料和组成是影响植物生长的重要因素,玉米秸秆生物质炭较木屑生物质炭有更好的增产效果;玉米秸秆生物质炭经热水浸提后再添加至土壤中有更好的增产效果。生物质炭中可溶性组分对根系生长的促进作用是生物质炭增产的主要机制,而可溶性组分对根系促生作用与原料、制备温度和其本身物质组成密切相关。     

秸秆生物炭和秸秆对麦玉轮作系统土壤养分及作物产量的影响

为探讨生物炭和秸秆在石灰性潮土区对麦玉轮作系统的影响,采用冬小麦季玉米秸秆还田-夏玉米季小麦秸秆不还田的单季还田模式,按照观测小区内实际平均玉米秸秆干物质量进行倍数施用,设置玉米秸秆0.5(S0.5)、1.0(S1.0)、1.5(S1.5)和2.0倍（S2.0）还田,以及将等量玉米秸秆全部转化为生物炭进行施用（B0.5、B1.0、B1.5、B2.0）,以无生物炭和秸秆的处理为对照（CK）,测定不同处理下的土壤养分及作物产量。结果表明,生物炭和秸秆还田处理对冬小麦、夏玉米两季的土壤全效以及速效养分具有一定的促进作用,整体上在冬小麦季对土壤养分的改善及碳氮比的提升效果优于夏玉米季。在冬小麦季,生物炭和秸秆还田处理的小麦籽粒产量较对照分别显著增加9.04%～21.76%和15.31%～22.96%;在夏玉米季,B0.5、S1.0、S1.5、S2.0处理的玉米籽粒产量较对照分别显著增产10.86%、8.72%、10.89%、12.22%。整体上施用生物炭和秸秆对冬小麦的增产效果高于夏玉米,且以秸秆还田处理的增产效果更优。因此,在鲁西平原石灰性潮土区正常施肥的基础上,在冬小麦季施加0.5倍玉米秸...     

生物炭对土壤-植物体系中铅镉迁移累积的影响

为探讨不同特性生物炭对土壤-植物体系中典型重金属铅（Pb）和镉（Cd）迁移累积的影响，分别选择花生壳、水稻壳、小麦秸秆、椰壳及生物燃气副产物5种材料制备的生物炭及不同粒径椰壳生物炭作为土壤调理剂，进行多茬蔬菜盆栽试验，研究各茬蔬菜可食用部位生物量及Pb和Cd累积量，土壤理化性质及土壤有效态Pb和Cd含量变化规律。结果显示，生物炭的施加均可不同程度提升土壤pH、土壤有机碳含量及阳离子交换量（CEC）。除小麦秸秆生物炭外，其余4种生物炭均可显著降低土壤有效态Pb和Cd及蔬菜可食用部位Pb和Cd累积量，并对蔬菜有明显促生长效果。生物炭粒径越小对土壤有效态Pb和Cd含量的降低、蔬菜生长的促进及蔬菜Pb和Cd累积量的降低作用越显著。蔬菜生长与土壤pH、有机碳含量及CEC水平均呈显著正相关关系，而蔬菜Pb和Cd累积量及土壤有效态Pb和Cd含量则与土壤pH、有机碳及CEC含量呈显著负相关关系。连续3茬蔬菜轮作后，80~120目椰壳生物炭、花生壳生物炭、水稻壳生物炭及生物燃气副产物生物炭仍对Pb和Cd复合污染酸性土壤具有明显的修复效果。结果表明，生物炭可通过改变土壤pH、CEC、有机碳等基本理化性质，对土壤重金属产生钝化作用，显著促进蔬菜的生长并可消减蔬菜对土壤重金属元素的累积效应。     

生物质炭对小白菜吸收多环芳烃的影响

选取小麦秸秆、污泥、猪粪三种原料制备的生物质炭为研究材料,通过盆栽试验,探究不同原料生物质炭对PAHs污染土壤中小白菜生长情况及对PAHs吸收积累的影响。结果表明:三种生物质炭对小白菜吸收PAHs均有一定的抑制作用,与对照相比,施用生物质炭小白菜对PAHs的吸收量降低14.53%~49.41%,三种生物质炭的抑制能力依次为麦秸炭猪粪炭污泥炭;相对于1%的施用量,施用2%的麦秸炭与猪粪炭小白菜中PAHs含量分别显著降低32.02%和21.40%,而污泥炭不同施用量对小白菜中PAHs总含量的影响无明显差异;生物质炭对小白菜吸收2~3环的低分子量PAHs的降低率为0~30.81%,对4~6环的高分子量PAHs吸收的降低率为30.72%~68.07%;施用2%的麦秸炭和猪粪炭,使小白菜的生物量显著提高20.03%和22.28%。因此,施用生物质炭可作为一种降低污染土壤中作物吸收PAHs,同时保障作物产量的有效技术途径。     

施用猪炭对土壤吸附Pb2+的影响

利用650℃高温炭化炉热裂解病死猪,制成生物质炭（猪炭）;通过批处理恒温振荡平衡法探索施用不同质量分数（0,1%和5%）的猪炭对熟化红壤和新垦红壤吸附溶液中铅离子（Pb2+）的影响。结果表明:施用猪炭能显著提高土壤pH值和阳离子交换量（P < 0.05）;土壤对Pb2+的吸附量随猪炭施用量的增加而增大,施用猪炭的熟化红壤吸附容量为12.71~14.49 mg·g-1,较未施加猪炭对照提高了12.2%~27.9%;施用猪炭的新垦红壤吸附容量为7.15~11.45 mg·g-1,较未施加猪炭对照提高了39.7%~123.8%,说明对有机质质量分数较低的新垦红壤施加猪炭,土壤吸附Pb2+性能的提高效果更明显。与未施猪炭的对照相比,施加质量分数为1%的猪炭时,熟化红壤和新垦红壤对Pb2+吸附能力分别提高1.21倍和1.40倍,施加量为5%时,熟化红壤和新垦红壤对Pb2+吸附能力分别提高1.28倍和2.24倍。由此认为猪炭有助于土壤对Pb2+的吸附和固定,施用质量分数5%的猪炭能有效提高土壤对Pb2+的吸附。     

生物炭对杉木人工林土壤磷素吸附解吸特性的影响

为了改善磷素吸附作用,提高磷在杉木人工林土壤中的利用率,又防止解吸过度引起土壤磷素淋溶造成资源浪费,以杉木树叶和树干为原料,分别在300℃和600℃下制备4种生物炭:300℃杉叶炭(BL300)、600℃杉叶炭(BL600)、300℃木屑炭(BW300)和600℃木屑炭(BW600),分别向土壤中加入0%、2%、4%、8%比例的生物炭,完成吸附解吸试验。结果表明,制备原料和温度对生物炭的成分和性质有决定性的作用,杉叶生物炭pH值、灰分含量、有效磷等的含量显著高于木屑生物炭,且高温炭大于低温炭,其中BL600生物炭pH值、灰分含量及有效磷含量最高;Langmuir模型能很好地拟合生物炭添加后红壤磷素的吸附过程,在低磷浓度时生物炭添加对土壤磷素吸附作用的影响不大,高磷浓度时则促进吸附作用;其中杉叶炭促进土壤磷素吸附的作用大于木屑炭,高温炭大于低温炭,2%和4%的生物炭添加量促进土壤磷素吸附,但8%的添加量会降低土壤对磷的吸附作用;生物炭添加在一定程度上降低了土壤磷素的解吸率,其中木屑炭降低的作用大于杉叶炭;因此建议在磷浓度较高的杉木林人工土壤中添加中低量的BL600,在磷浓度较低的杉木林人工土壤中添加大量的BL600,土壤富磷时能够增强吸附作用,减小土壤磷素淋溶风险,土壤缺磷时增加解吸率来提高土壤磷素利用率。     

不同原料生物炭理化性质的对比分析

为研究不同原料生物炭理化性质的差异,以苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭、污泥生物炭和褐煤生物炭6种生物炭为测试材料,利用傅里叶红外光谱仪和Boehm滴定法对生物炭表面官能团进行定性和定量分析,用电子扫描显微镜观察生物炭表面形貌,并测定生物炭的pH值、有机碳含量和阳离子交换量等基本理化性质。结果表明,除污泥生物炭呈弱酸性外（pH=6.76）,其他生物炭均呈碱性（pH=8.49~9.96）。苜蓿秸秆生物炭有机碳含量最高（588.43 g·kg^-1）,污泥生物炭最低（168.17 g·kg^-1）。阳离子交换量大小排序为,苜蓿秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭 > 葡萄藤生物炭 > 小麦秸秆生物炭 > 污泥生物炭 > 褐煤生物炭。FTIR图谱表征显示,生物炭表面存在芳香烃类和含氧基团,生物炭的结构以芳环骨架为主。苜蓿生物炭表面官能团总数最多,污泥生物炭最少。扫描电镜（SEM）结果表明,苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭表面有明显孔隙结构,褐煤生物炭和污泥生物炭表面并无明显的孔隙结构。综上,苜蓿秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭、棉花秸秆生物炭、葡萄藤生物炭适用农田土壤改良与培肥,褐煤生物炭和污泥生物炭可尝试用于污染土壤的修复,同时污泥生物炭可用于盐碱土的改良。