污泥基生物质炭的制备及其对水中铜的吸附研究

以城市污泥为原料,采用热解法制备生物质炭,以水体中Cu~(2+)为吸附目标,探究了活化剂浓度、浸渍比、浸渍时间、炭化温度及炭化时间对污泥基生物质炭制备的影响,并对最佳条件下制备的污泥基生物质炭进行了吸附等温线及吸附动力学分析。结果表明:污泥基生物质炭的最佳制备条件是活化剂浓度为15%,浸渍比为1∶1,浸渍时间为4 h,炭化温度为750℃,炭化时间为40 min。吸附过程符合准二级反应动力学模型,等温吸附曲线遵循Freundlich等温线模型,说明污泥基生物质炭对Cu~(2+)的吸附为多层吸附。     

木薯渣基生物质炭对水中Cd2+ Cu2+的吸附行为研究

以木薯渣为原料,制备不同温度(350、450、550℃)的生物质炭(BC350、BC450、BC550),对其性质进行表征,探究吸附时间、溶液初始浓度、温度、p H对生物质炭吸附Cd~(2+)、Cu~(2+)作用的影响。结果表明:生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附平衡时间随着生物质炭热解温度的升高而缩短,伪二级动力学模型能较好地描述吸附动力学特性(R20.983)。吸附等温线符合Freundlich模型和Langmuir模型,但Freundlich模型拟合的线性更好,R2分别在0.951~0.998和0.992~0.998之间,说明生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附为多层吸附。lg KF值表示吸附能力,随生物质炭热解温度的升高而增大,说明BC550吸附效果最好,对Cd~(2+)、Cu~(2+)的最大吸附量分别为15.55和5.44 mg·g-1。生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附具有自发的特性,吸附量随p H的增加先增加后下降,最适p H分别为5.5和6.5。     

MnOx负载生物质炭对Cu2+、Zn2+的吸附机理研究

为研究MnO_x负载稻秆生物炭对水溶液中Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附机理,以水稻秸秆为原料制备生物炭(RBC),并用不同浓度KMnO_4溶液改性RBC制备MnO_x负载生物炭(MRBC),在此基础上研究50%MRBC对Cu~(2+)、Zn~(2+)吸附动力学、等温吸附-解吸、pH和投加量对其吸附的影响,结合扫描电镜、红外光谱表征分析吸附机理。结果表明:改性稻秆生物炭表面负载MnO_x,增大了吸附剂表面吸附位点,随KMnO4浓度升高能显著提高Cu~(2+)、Zn~(2+)吸附效果,50%MRBC对其吸附效果最佳;吸附动力学遵循准二级动力学模型,240 min基本达到吸附平衡;吸附等温线符合Langumir模型方程。50%MRBC吸附重金属的机理可能为:含氧官能团与重金属离子络合作用;金属离子与π电子发生阳离子-π作用;无机矿质元素(K、Ca、Mg等)与金属离子交换形成矿物晶体。     

玉米秸秆生物炭对Pb~(2+)、Cu~(2+)的吸附特征与机制

以玉米秸秆为原料,在350℃、低氧条件下热解制备生物炭,考察了吸附时间、重金属离子的初始浓度、溶液的初始p H值等因素对生物炭吸附Pb~(2+)、Cu~(2+)特征的影响。结果表明,准二级动力学方程能很好地反映低浓度条件下玉米秸秆生物炭对单一、复合污染溶液中Pb~(2+)、Cu~(2+)的吸附过程,玉米秸秆生物炭对单一、复合污染溶液中Pb~(2+)、Cu~(2+)的吸附以化学吸附为主。Langmuir模型能够更好地描述单一污染条件下玉米秸秆生物炭对Pb~(2+)的吸附行为,而对于单一污染条件下Cu~(2+)以及复合污染条件下Pb~(2+)、Cu~(2+)离子的等温吸附,Freundlich模型明显优于Langmuir模型。当溶液p H值从3上升到4时,玉米秸秆生物炭对单一污染条件下Pb~(2+)的去除率明显增加,当溶液的初始p H达到6时玉米秸秆生物炭对单一、复合污染条件下Pb~(2+)、Cu~(2+)离子去除率的增长趋势逐渐平缓。通过连续解吸试验发现,不同初始浓度下(0~400 mg/L)各种吸附方式对吸附总量的贡献率会不断变化,低浓度条件下以氢键吸附为主,随着初始浓度的上升,物理吸附的贡献率不断升高,取代了氢键吸附的主导地位。     

生物炭和乙醇改性生物炭对铜的吸附研究

为研究生物炭和乙醇改性生物炭的特性及其对铜的吸附能力,选取小麦秸秆为原料,在300、450、600℃条件下热解制备生物炭,用于研究乙醇改性生物炭的产油率、生物炭和乙醇改性生物炭的表面官能团变化、亲水性能及其对Cu~(2+)的吸附特性。结果表明:乙醇改性生物炭产油率随热解温度升高而增加。生物炭和乙醇改性生物炭不同温度接触角范围为122.6°~89.3°和96.0°~68.7°,乙醇改性生物炭亲水性明显高于未经改性生物炭。生物炭和改性生物炭对Cu~(2+)的吸附符合二级动力学模型,生物炭吸附速率常数达1.535 g·mg~(-1)·h~(-1),乙醇改性生物炭为1.073 g·mg~(-1)·h~(-1)。二者对Cu~(2+)的等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,生物炭和乙醇改性生物炭最大吸附量分别为44.3 mg·g-1和41.7 mg·g-1,说明使用乙醇萃取生物炭生物质油后,仍能保持90%左右的Cu~(2+)吸附效率。     

椰衣和椰壳生物质炭的制备及其对溶液中Pb~(2+)的吸附

以椰衣和椰壳作为原材料,在300、500和700℃条件下热解制备生物质炭,表征其物理化学性质;同时,研究所制备的生物质炭对溶液中Pb~(2+)的吸附特征与机制.结果表明:随着热解温度升高,所制备的生物质炭的含氧官能团减少,灰分、pH值、阳离子交换量、比表面积和碱性官能团的含量随之升高.热解温度升高可促进生物质炭对Pb~(2+)的吸附;Langmuir模型可较好地描述所制备的生物质炭对Pb~(2+)的等温吸附;在供试的6种生物质炭中,吸附量最高的是在700℃条件下制备的椰衣生物质炭,且优于大多数已报道的用其他材料制备的生物质炭.拟合发现,所制备的生物质炭的阳离子交换量和灰分含量是影响其吸附Pb~(2+)的重要因子,在初始Pb~(2+)质量浓度为200mg/L条件下,椰衣生物质炭对Pb~(2+)的稳定吸附量为9.83~13.91mg/g,椰壳生物质炭为9.68~25.16mg/g.这表明椰壳生物质炭吸附态Pb~(2+)比椰衣生物质炭吸附态Pb~(2+)更稳定.     

玉米秸秆改性生物炭对铜、铅离子的吸附特性

探究改性生物炭对重金属的吸附性能,为不同改性生物炭对铜、铅离子的有效去除提供理论依据。以玉米秸秆为原料,经500℃限氧热解制备生物炭(BC),再分别经KOH和聚乙烯亚胺(PEI)改性得到碱改性生物炭(KBC)和PEI改性生物炭(PBC),探讨3种生物炭对Cu~(2+)和Pb~(2+)的单一吸附效果及对复合体系中Cu~(2+)和Pb~(2+)的竞争吸附。3种生物炭对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附动力学均符合准二级动力学方程,改性后生物炭的吸附速率均高于BC;吸附等温线均符合Langmuir模型,最大吸附量表现为:PBCKBCBC。3种生物炭的饱和吸附量和吸附容量遵循Pb~(2+)Cu~(2+);通过竞争吸附试验发现,Pb~(2+)在3种生物炭上的竞争吸附能力均高于Cu~(2+)。结果表明:KBC和PBC对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附能力明显优于BC,有成为新型重金属吸附剂的潜力。     

铁锰氧化物改性铝污泥对Pb2+和Cu2+的吸附性能

【目的】以陕西杨凌某自来水厂铝污泥(Al-WTRs)为原料,对其进行改性,研究改性后铝污泥对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附性能,以期为Al-WTRs的利用提供途径。【方法】采用KMnO_4和FeCl_2·4H_2O对Al-WTRs进行改性,制备铁锰氧化物改性铝污泥(M-Al-WTRs),采用比表面(BET-N2)、扫描电镜(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)等方法对改性前后Al-WTRs进行表征分析,并探讨不同pH、吸附时间、重金属初始质量浓度、温度和离子强度等条件下M-Al-WTRs对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附性能。【结果】与Al-WTRs(9.10m~2/g)相比,M-Al-WTRs比表面积显著增大到100.8m~2/g;SEM-EDS、XRD、FTIR分析结果显示,M-Al-WTRs表面粗糙,且负载许多颗粒,并保持无定形态。M-Al-WTRs对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附量随着pH的增加逐渐增大,最终趋于稳定,其中当pH=5时,M-Al-WTRs对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附量分别为67.18和20.81mg/g,分别比Al-WTRs提高了109.1%和68.64%。M-Al-WTRs对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附动力学符合准二级吸附动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温模型。热力学分析表明,M-Al-WTRs对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附是自发、吸热、增熵的过程。M-Al-WTRs对Pb~(2+)和Cu~(2+)的吸附几乎不受离子强度的影响,属于专性吸附。【结论】成功制备了对Pb~(2+)和Cu~(2+)具有良好吸附效果的M-Al-WTRs。     

狐尾藻基生物炭对水中草甘膦和Cu2+的吸附性能研究

为了消除生态修复过程中除草剂和重金属对沉水植物生长胁迫因素影响,选择草甘膦和Cu~(2+)为目标物,以收割的狐尾藻废弃物为原料,在450℃下炭化2 h制成狐尾藻基生物炭(HW450),研究不同pH和生物炭投加量等实验条件下,HW450对水中草甘膦和Cu~(2+)等单一污染物吸附效果的影响。探究复合污染水体中草甘膦和Cu~(2+)相互影响规律,并用响应面法优化HW450对草甘膦和Cu~(2+)复合污染最优吸附条件。研究结果表明:Cu~(2+)和草甘膦的去除率增速随时间由快到慢,48 h后基本达到平衡;在生物炭吸附饱和范围内,去除率随溶液浓度增加而增加;在适合pH范围内,草甘膦和Cu~(2+)的去除率随pH先增后减,Cu~(2+)比草甘膦变化显著;生物炭投加量增加,能提高草甘膦和Cu~(2+)的去除率。在复合污染中,Cu~(2+)能促进HW450吸附草甘膦;高浓度草甘膦能抑制低浓度Cu~(2+)的吸附,高浓度Cu~(2+)去除率受草甘膦浓度的影响较小。响应面表明,3个因素对去除率的影响排序为:HW450投加量Cu~(2+)浓度pH。在pH为5.21,HW450投加量为0.06 g,Cu~(2+)浓度为27.32 mg/L的条件下,能得到复合污染最优吸附效果:草甘膦去除率为97.44%,Cu~(2+)为100%。     

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响

[目的]探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu~(2+)的影响。[方法]以玉米、水稻、芝麻3类秸秆为原料于400~700℃热解炭化制备生物炭,探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响,并评价生物炭对Cu~(2+)的吸附性能。[结果]生物炭的pH和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大,而产率却逐渐稳定,其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显;此外,生物炭对Cu~(2+)的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关,升高热解温度有利于提高生物炭对Cu~(2+)的吸附去除率,且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭,其中700℃下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对Cu~(2+)的去除率可达100%。[结论]该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。     

污水处理厂污泥制备活性炭的研究

[目的]研究影响污泥活性炭性能的因素。[方法]以污水处理厂未消化脱水污泥为原料,采用氯化锌炭化活化法制备了污泥活性炭,选取氯化锌浓度、活化温度、活化时间、液固比为影响因素,以碘值和亚甲基蓝作为评价指标,通过正交实验确定了活性炭的最佳制备条件;分析了各影响因素对活性炭性能的影响程度。[结果]若以碘吸附值作为评价指标,最佳水平组合为活化剂浓度3mol／L、活化温度450℃、活化时间30min、液固比为1．5：1,污泥活性炭碘值为358．68mg／g;若以亚甲基蓝吸附值作为评价指标,最佳水平组合为活化剂浓度4mol／L、活化温度550℃、活化时间90min、液固比为1．5：1,污泥活性炭亚甲基蓝吸附值为45．9mg／g。[结论]各影响因素对活性炭性能的影响为：活化温度〉活化时间〉活化剂浓度〉液固比。通过电镜分析活性炭孔结构,污泥活性炭以过渡孔为主。     

不同原料和热解条件制备的生物炭的性质及其对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附效果

针对愈发严重的水体重金属污染,通过灌溉重金属流入农田严重影响农产品质量安全的问题,以南方区域农业废弃物水稻秸秆(RSC)、谷壳(RHC)和中药渣(HRC)为原料制备生物炭,研究不同原料、不同热解温度(300,500,700℃)、不同热解时间(2,3,4 h)条件下制备生物炭的理化性质及其对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附效果。结果表明,热解温度对生物炭的理化性质及其对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附效果存在显著影响,而热解时间对其无显著影响。生物炭的灰分含量、pH和P含量均随着热解温度的升高而显著增加,产率和N含量显著降低;生物炭对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附量和去除率随着热解温度的升高显著提高;生物炭对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附量与其本身的灰分含量、pH以及P含量存在显著的正相关性。3种原料制备的生物炭对重金属Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附效果由大到小总体表现为:RSC、RHC和HRC,且对Cd~(2+)的吸附效果大于Cu~(2+)。综合来看,热解温度为700℃时制备的RSC对Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附效果好,最大去除率分别达99.88%和99.14%。     

施用原始及铁改性生物质炭对土壤吸附砷(Ⅴ)的影响

  目的  考察生物质炭及铁改性生物质炭对土壤吸附砷[As(Ⅴ)]的影响。  方法  以法国梧桐Platanus orientalis修剪枝为原料在650 ℃限氧条件下热解制备生物质炭,并通过氯化铁(FeCl₃)溶液浸渍、热解,将其进一步制备成铁改性生物质炭,对比考察改性后生物质炭理化性质和表面官能团的变化;并通过批量吸附试验探究不同As (Ⅴ)初始质量浓度、吸附时间对施炭土壤吸附As (Ⅴ)效果和规律的影响,通过分析吸附等温线特征和吸附动力学特征,探明吸附机制。  结果  铁改性生物质炭较原始生物质炭pH、比表面积及官能团数量降低,但灰分质量分数和电导率有所增加;Langmuir模型能较好拟合施炭土壤对As(Ⅴ)的吸附过程,表明吸附以单分子层为主。当As (Ⅴ)溶液初始质量浓度大于25 mg·L?1后,铁改性生物质炭对As (Ⅴ)的吸附量大于原始生物质炭,且最大吸附量为0.36 mg·g?1。原始生物质炭和铁改性生物质炭对As (Ⅴ)的动力学吸附符合准二级动力学方程,吸附过程在4 h前后分别为快速吸附和慢速吸附2个阶段,在24 h左右趋于平衡,且铁改性生物质炭处理下土壤的饱和吸附量比原始生物质炭处理高11%。  结论  施用2种生物质炭均能提高土壤对As (Ⅴ)的吸附效果,且铁改性生物质炭的吸附效果优于原始生物质炭。因此,施用铁改性生物质炭可以加强土壤对As (Ⅴ)的吸附作用从而降低As生物有效性。图6表3参39     

丝瓜络的化学改性及其对铜离子吸附性能研究

以丝瓜络为基础原料,经皂化和柠檬酸化后制备成化学改性的丝瓜络生物吸附剂,研究其对Cu~(2+)的吸附性能。结果表明,在pH为6.0、Cu~(2+)初始质量浓度为50 mg/L、吸附时间为2 h的条件下,该生物吸附剂对Cu~(2+)吸附率最高,为76.4%。吸附过程遵循准二级动力学模型,符合Langmuir方程。     

山核桃、苔藓和松针基生物质炭对亚甲基蓝及刚果红的吸附性能研究

在600 ℃和无氧条件下热裂解制备山核桃木、苔藓和松针三种生物质炭,用于研究三种生物质炭吸附阴离子型染料刚果红及阳离子型染料亚甲基蓝的pH效应、吸附等温线和吸附动力学效应。结果表明,碱性条件下三种生物质炭对亚甲基蓝表现出较好的吸附绩效,而酸性条件更利于三种生物质炭对刚果红的吸附。染料的初始浓度效应研究表明,生物质炭能有效吸附亚甲基蓝、刚果红,且吸附等温线能较好地符合Freundlich方程。三种生物质炭对刚果红吸附容量均比对亚甲基蓝吸附容量高。三种生物质炭对亚甲基蓝和刚果红的吸附主要发生在1 h内,然后缓慢增加,经6 h左右达到吸附平衡,吸附过程均符合伪二级动力学模型。颗粒内扩散模型拟合结果表明,颗粒内扩散阶段是限制吸附速率的主要阶段。     

棉秆基活性炭的表征及其Cu~(2+)吸附特性

为了研究棉秆基活性炭对水中重金属Cu~(2+)的吸附性,分别采用直接热解法,ZnCl_2、HNO_3、NaOH_3种活化剂活化法制备棉秆基活性炭,对其微观结构、元素构成进行分析,并在实验室条件下配制含Cu~(2+)的混合溶液模拟含Cu~(2+)的废水,用火焰原子吸收仪测定不同工艺条件下制得的棉秆基活性炭对水中Cu~(2+)的吸附性。结果表明,NaOH能定性改性棉秆基活性炭,以NaOH为活化剂在热解温度400℃、热解时间150 min、剂料质量比1.0∶1的条件下制得的棉秆基活性炭有大量的芳环、O—H、COOH等含氧官能团,能很好地去除废水中的重金属Cu~(2+),该条件下制得的棉秆基活性炭的吸附量为8.439 mg/g。该研究为棉秆的有效转化利用、活性炭处理废水中的重金属提供了有效参考。     

Fe(Ⅲ)负载改性核桃壳对Cu2+吸附研究

该研究采用农林废弃物核桃壳以及Fe(Ⅲ)改性的核桃壳作为吸附剂,对模拟废水中的Cu~(2+)进行吸附去除,并且考察了水样初始p H、吸附剂投加量、Cu~(2+)初始浓度、吸附时间等因素对Cu~(2+)吸附效果的影响,确定最佳吸附参数,并进行了吸附动力学和吸附等温线的分析。结果表明:当水样初始p H 5.0、吸附剂投加量0.05g,Cu~(2+)初始质量浓度200mg/L,吸附时间120min,在此条件下50m L水样在180r/min、25℃条件下核桃壳和改性核桃壳对Cu~(2+)的去除率分别达57.6%和93.2%以上,吸附量分别约为120mg/g和195mg/g;采用伪二级动力学方程的拟合结果更为理想,R2均在0.99以上;Langmuir方程可以较好地描述核桃壳和Fe(Ⅲ)改性核桃壳吸附剂对Cu~(2+)的吸附过程,此吸附过程是单分子层的吸附;核桃壳及改性核桃壳对Cu~(2+)的吸附是放热反应。     

农业废弃物制备生物质炭对奶牛养殖废水中氨氮吸附行为研究

将玉米秸秆、花生壳、瓜子壳经高温炭化并活化后制成生物质炭,以奶牛养殖废水UASB反应器出水中的氨氮为吸附质,研究不同生物质炭对氨氮吸附动力学机理探讨。通过对动力学数据进行分析,根据相关系数R2比较发现准二级动力学方程比准一级动力学方程能更好的拟合动力学数据。Weber-Morris扩散模型拟合结果发现三种生物质炭对氨氮的吸附包括表面吸附和颗粒内扩散两个过程。吸附等温线拟合发现Freundlich方程R2分别为0.987,0.991,0.990能很好的描述生物质炭对氨氮的吸附过程。而Langmuir方程被证实不适合模拟研究中三种生物质炭对氨氮的吸附。花生炭被证实吸附量和吸附速率均大于玉米秸秆炭和瓜子炭。     

改性棕榈树纤维生物质炭的制备及其对溶液中Pb2+的吸附性能分析

为提高生物质炭对重金属的吸附性能,以棕榈树纤维为原材料制备了棕榈树纤维生物质炭(NPB)、KOH活化正交优化生物质炭(PB)及负载改性纳米二氧化硅生物质炭(PBS)。分别采用红外光谱、扫描电镜等对制备的生物质炭进行表征,比较了其碘吸附值大小及对水中Pb~(2+)的吸附效果,并分析了吸附动力学和等温吸附特性。结果表明:PB、PBS较NPB增加了表面吸附位点,比表面积、总孔体积及最大吸附容量显著增加,PB吸附Pb~(2+)的过程符合准二级动力学模型,PBS吸附Pb~(2+)的过程符合准一级动力学模型,PB、PBS对Pb~(2+)的最大吸附容量分别为110.89、151.63 mg·g~(-1);通过比较Langmuir和Freundlich模型拟合方程相关参数可知,PB、PBS对Pb~(2+)的吸附过程为匀质、单双层同时进行,更加符合Langmuir方程。研究表明,PBS对Pb~(2+)的吸附性能最好(较PB吸附性能提升了1.37倍),负载改性效果显著,具有良好的应用潜力。     

马尾松树皮粉对水中Cu~(2+)的吸附

以马尾松树皮粉为吸附剂,对水中的Cu~(2+)进行吸附试验,采用分光光度法测定吸附后溶液中Cu~(2+)浓度.对吸附过程进行动力学方程拟合、吸附等温线拟合、吸附热力学方程拟合,测定吸附前后树皮粉的FTIR红外光谱和化学成分,分析并探究其对水中Cu~(2+)的吸附机理.结果表明:伪二级动力学方程与Langmuir等温吸附模型可以较为准确地描述树皮粉对Cu~(2+)吸附的整个过程,该吸附过程主要为化学吸附且是吸热反应;单宁、木质素为树皮粉中主要吸附Cu~(2+)成分,且FTIR谱图证明了主要是羟基、羧基参与了该吸附过程.