不同作物原料生物质炭对溶液芘的吸附特性

采用小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳低温热裂解生成的生物质炭,通过控制吸附时间、溶液初始质量浓度和投加量,研究了不同作物原料生物质炭对芘的吸附性能,并比较了三者的解吸率。结果表明:3种生物质炭对芘的吸附约经12 h达到平衡,吸附动力学过程符合Lagergren准二级反应动力学模型;等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,且前者拟合程度稍好;玉米秸秆炭、小麦秸秆炭和花生壳炭在25℃下对芘的饱和吸附量分别为1667、714、370μg·g-1;在生物质炭投加量为500 mg·L-1时,3种生物质炭对芘的去除率均在90%以上;将吸附达平衡后的生物质炭进行连续6 d的解吸,发现3种生物质炭对芘的解吸率均在7%以下。因此,作物秸秆,尤其是玉米秸秆,热裂解成生物质炭可望作为去除水体多环芳烃污染的新型吸附材料。     

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     

固定化改性生物质炭模拟吸附水体硝态氮潜力研究

为了有效去除水体硝态氮污染,对两种生物质炭(花生壳炭、小麦秸秆炭)进行铁改性处理,研究其对硝态氮吸附特性,考察吸附时间、硝态氮初始浓度、p H、生物质炭添加量和共存离子对改性生物质炭吸附效果的影响。在此基础上,为解决粉末态生物质炭易随水流失的问题,对改性生物质炭进行固定化处理,探索固定化改性生物质炭对硝态氮吸附潜力。研究结果表明,改性生物质炭对硝态氮的吸附主要发生在前6 h,并在24 h左右达到吸附平衡,其吸附量随着水溶液中硝态氮浓度的上升而升高,改性花生壳炭和小麦秸秆炭对硝态氮最大吸附潜力分别为2674、1285 mg N·kg-1,且酸性至中性条件有利于改性生物质炭对硝态氮的吸附。在20 mg·L-1的硝态氮溶液中,改性花生壳炭和小麦秸秆炭的适宜固液比分别为10、28 g·L-1,其去除率达到80%。当包埋载体海藻酸钠浓度为2%、改性生物质炭含量为0.1 g·m L-1时,固定化改性生物质炭微球成形完整,对硝态氮具有较强的吸附能力,固定化并未显著降低改性生物质炭的吸附性能。因此,固定化改性生物质炭能有效吸附水体硝态氮,为污水处理厂尾水等低污染水硝态氮去除提供有效的技术方法。     

高铁酸钾/高锰酸钾改性生物炭对Cd2+的吸附研究

为增强生物炭对Cd的吸附性能,以600℃制备的酒糟生物炭(BC)为原料,采用K_2FeO_4和KMnO_4氧化活化的方式制备改性生物炭,分别标记为BCFE和BCMN,采用全自动比表面积和孔隙度分析仪(BET)、电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)对改性前后酒糟生物炭的性质进行分析,并探究改性生物炭对Cd~(2+)的吸附效果。结果表明,添加K_2FeO_4和KMnO_4可有效地将Fe和Mn负载到生物炭上,分别在生物炭表面生成铁氧化物与锰氧化物。BCFE的总官能团含量分别是BC和BCMN的1.8倍和1.5倍,BCFE的含氧官能团与芳香性结构更为丰富。K_2FeO_4和KMnO_4改性显著提高了生物炭的比表面积,3种材料比表面积表现为:BCFE(2 302.0m~2·g-1)BCMN(521.3 m2·g-1)BC(245.9 m2·g-1)(P0.05),BCFE的比表面积分别是BC和BCMN的9.4倍和4.4倍。吸附试验结果显示,当达到吸附平衡时,3种材料对Cd~(2+)的吸附量大小表现为BCFE(7.46 mg·g-1)BCMN(5.61 m2·g-1)BC(1.46 m2·g-1)(P0.05)。3种生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学模型均符合准二级动力学模型,吸附速率由快至慢排序为:BCFEBCMNBC;吸附等温模型均符合Langmuir模型,吸附过程为单分子层吸附,最大吸附量(Qm)表现为:BCFEBCMNBC。因此,K_2FeO_4和KMnO_4改性处理显著改善了生物炭的结构,提高了对Cd的吸附能力,且K_2FeO_4改性效果明显优于KMnO_4。可见,经K_2FeO_4改性的生物炭具有较好的吸附潜力,可作为Cd废水处理的有效材料。     

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。     

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。     

腐植酸及pH对生物炭-铁锰氧化物复合材料吸附As(Ⅲ)的影响机理

采用振荡平衡法,研究不同用量和不同添加顺序的腐植酸(Humic acid,HA)对生物炭-铁锰氧化物复合材料(F1M4BC25)吸附As(Ⅲ)性能的影响及其机理。结果表明:添加不同浓度的HA对F1M4BC25吸附As(Ⅲ)的性能存在明显差异,与未添加HA相比,添加5 mg·L~(-1)的HA时最大吸附容量(Qm)为8.39 mg·g-1,增加了5.00%;添加10、50 mg·L~(-1)的HA时,Qm分别为7.59、5.25 mg·g-1,分别降低了5.00%和34.3%。不同HA添加顺序对F1M4BC25吸附As(Ⅲ)的性能有较大影响,Qm顺序为:后添加HA(5.82 mg·g-1)同时添加(5.20 mg·g-1)先添加HA(3.30 mg·g-1)。在初始pH=3时,F1M4BC25对As(Ⅲ)吸附能力高于pH=6时。两种pH条件下吸附平衡后溶液的pH值均增大,初始pH=3时增幅大于初始pH=6时;两种pH条件下DOC浓度大小顺序均为:后添加HA同时添加先添加HA。研究表明,低浓度HA以及弱酸性条件有利于F1M4BC25对水体中As(Ⅲ)的去除,高浓度HA能够与As(Ⅲ)产生竞争吸附。     

水中镉和芘在核桃壳生物炭上的吸附行为及其交互作用

以核桃壳在600℃热解所得生物炭(WSBC)为吸附剂,通过扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对WSBC进行表征,用批平衡吸附实验研究了WSBC对水体中两种典型污染物Cd(Ⅱ)和芘的吸附特性,考察了吸附时间、Cd(Ⅱ)和芘初始浓度、pH值、WSBC粒径等对吸附的影响,以及Cd(Ⅱ)和芘在WSBC上吸附的交互作用。结果表明:WSBC表面粗糙,孔隙结构明显,富含羟基、羧基、羰基等含氧官能团,具有高度芳香和杂环结构;在25℃时,WSBC对Cd(Ⅱ)和芘的吸附分别在20 h和16h时达到平衡,饱和吸附量分别为23.79、0.17 mg·g-1;pH=5时,WSBC对Cd(Ⅱ)的吸附量最大,而pH在3~11范围内,WSBC对芘的吸附量随着pH的减小而增加。通过对吸附实验数据进行动力学、等温吸附特性分析,发现WSBC对Cd(Ⅱ)和芘的吸附动力学规律均符合准二级动力学方程,等温吸附可以用Langmuir方程很好地描述;Cd(Ⅱ)和芘在WSBC上吸附时存在明显的竞争吸附。     

三种不同生物质炭对2,4-二氯苯氧乙酸吸附特性的研究

以植物类生物质原料(玉米秸秆和毛杨树叶)、城市污泥两类原材料在400℃条件下制备生物质炭(秸秆、毛杨树叶以及城市污泥三种生物质炭分别表示为J400、Y400和W400),使用酸洗法去除生物质炭表面灰分优化生物质炭,采用批量吸附实验的方法分析三种生物质炭对2,4-二氯苯氧乙酸(简称2,4-D)的吸附特性,并结合元素分析及显微红外等分析方法,探讨生物质原料对生物质炭吸附2,4-D吸附特性的影响。结果表明:三种生物质炭的元素含量、O/C、H/C和(H+O)/C存在差异,大小顺序均为W400Y400J400,表明秸秆生物质炭具有更强的疏水性和更低的极性,有利于提高生物质炭对有机物的吸附能力。吸附试验显示秸秆生物质炭、杨树生物质炭、污泥生物质炭对2,4-D的吸附特性及吸附能力不同,吸附量大小依次为2.732、2.650、2.633 mg·g(-2)。三种生物质炭的红外光谱结果相似,但在O-H、饱和C-H和不饱和C-H面外振动等处存在差异;污泥生物质炭在吸附2,4-D后多处位点的吸收峰发生变化,而杨树和秸秆生物质炭发生变化的位点较少;污泥生物质炭与其他两种生物质炭对2,4-D的吸附机制差异较大。     

生物质炭的加入对土壤吸附菲能力以及玉米幼苗对菲吸收量的影响

通过等温吸附试验以及玉米幼苗的盆栽试验,研究了加入生物质炭对土壤吸附菲的性能以及玉米幼苗对土壤中菲的吸收量的影响.结果表明,生物质炭的加入使土壤对菲的吸附能力显著增强:不加炭＜炭A＜炭B＜炭C,相应的分配系数Kd值分别为0.16、0.31、0.34 L·g-1和0.42 L·g-1;生物质炭的加入能有效地减少玉米幼苗对土壤中菲的吸收,通过玉米幼苗栽培试验可以看出,加入生物质炭A、炭B和炭C后,玉米幼苗对土壤中菲的吸收量都有明显的下降.     

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。     

小分子有机酸对生物炭吸附Cu(Ⅱ)的影响

采用室内实验方法,研究了两种低分子有机酸(草酸和柠檬酸)对生物炭(热解温度200、300、400、500℃)吸附Cu(Ⅱ)的影响。结果表明:柠檬酸浓度在10 mg·L~(-1)以下时,其在生物炭表面的吸附为Cu(Ⅱ)提供了更多的吸附位点,从而促进了Cu(Ⅱ)吸附;柠檬酸浓度增大以后,堵塞生物炭的内部孔隙,从而抑制了Cu(Ⅱ)在生物炭上的吸附。草酸浓度在0.5~50 mg·L~(-1)范围内,对生物炭吸附Cu(Ⅱ)始终为抑制作用,这与液相中的草酸与Cu(Ⅱ)的强络合、固相吸附的草酸竞争Cu(Ⅱ)吸附位点(比如占据含氧官能团、生物炭内部孔隙)有关。     

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。     

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。     

猪粪制备的生物炭对西维因的吸附与催化水解作用

以猪粪为原料,在不同温度下制备生物炭,并对其进行除灰处理,研究了不同处理温度和灰分含量的生物炭与西维因的相互作用。猪粪制备的生物炭含有无机矿物、不定型有机质和结晶态芳香碳,且随处理温度升高,灰分含量增加,BET比表面积增加。生物炭对西维因的吸附表现为非线性,等温线符合Freundlich方程,且随生物炭制备温度的升高,非线性增强。生物炭除灰后,吸附作用大大增强,表明有机碳与无机成分复合造成其一部分吸附点位的损失。生物炭对西维因的吸附由亲脂性分配与特殊作用力构成,随着生物炭不同以及西维因浓度的变化,吸附机制发生变化。生物炭可提高溶液pH,pH随生物炭添加量和处理温度而升高,生物炭含有的矿物对西维因水解具有催化作用,其水解速率及程度与生物炭灰分含量呈正相关。     

花生壳生物炭对硝态氮的吸附机制研究

以花生壳为原料,300℃热解条件下制得生物炭。通过批量平衡吸附试验,结合吸附前后FTIR、XPS图谱表征分析探索硝态氮(NO-3-N)在生物炭表面的吸附机制。结果表明,生物炭对NO-3-N的吸附显著受溶液pH值影响,当pH6时有利于吸附的进行。随溶液初始NO-3-N浓度增加,生物炭对其吸附量逐渐增加,在初始浓度800 mg·L-1的吸附体系中,最大吸附量达40 mg·g-1,Freundlich方程可较好地拟合(R2=0.975)生物炭对NO-3-N等温吸附过程,吸附为非均一的多分子层吸附;生物炭对NO-3-N的吸附可在30 min达到平衡,伪二级动力学方程能够较好地描述吸附动力学过程,表明吸附以化学吸附为主。FTIR、XPS图谱分析表明,生物炭表面分布的羟基(-OH)、芳香环羰基(-C=O)及脂肪族醚类(-O-)等官能团参与了吸附过程,且与之相连的C原子结合能均增加。结合生物炭表面金属离子分布状况,综合分析认为,通过氢键形成和金属桥键作用是生物炭对NO-3-N吸附的主要机制。