不同来源生物炭对土壤磷吸附解吸的影响

主要研究了水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳四种来源的生物炭对土壤磷吸附解吸的影响。研究结果表明:生物炭对土壤磷吸附的影响取决于土壤溶液中磷的浓度,与对照相比,在中低磷浓度(0~90 mg L-1)时,四种生物炭对土壤磷的吸附影响较小,而在较高磷浓度时,小麦秸秆生物炭和花生壳生物炭均抑制了土壤磷的吸附,而水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭均能促进土壤磷的吸附。吸附动力学试验表明,在反应开始的4小时内,土壤对磷的吸附较快,吸附量基本达到平衡吸附量的50%;到达吸附平衡时,添加生物炭能够降低土壤对磷的吸附量,四种生物炭对土壤磷的吸附量依次为:小麦秸秆玉米秸秆花生壳水稻秸秆。此外四种生物炭都能促进土壤中磷的解吸,其中玉米秸秆的促进效果最为显著,解吸量比对照高1.76倍。Langmuir方程和Freundlich方程都能很好地拟合生物炭存在下土壤磷的吸附等温线(P0.01),Freundlich拟合程度要比Langmuir方程的高。准一级动力学方程和准二级动力学方程都能很好地描述生物炭存在下土壤磷的吸附动力学(P0.01)。     

天然沸石对水中氨氮吸附特性的研究

以浙江缙云天然沸石为原料,分别用摇床和吸附柱实验研究了天然沸石对氨氮的静态和动态吸附特性。结果显示,在10、25、40℃温度下沸石吸附氨氮有显著差异(P0.05)。在25℃、氨氮初始浓度为50 mg·L-1的条件下,1~2 mm沸石对氨氮的360 min吸附容量为4.05±0.02 mg·g-1。沸石对氨氮的吸附过程遵循二级吸附动力学方程,沸石对氨氮的等温吸附可用Langmuir和Freundlich等温吸附方程拟合,相关性分析结果表明Langmuir方程达到极显著相关(P0.01),可以更好地描述沸石吸附氨氮的热力学过程。随着沸石粒径与投加量的减小,沸石对氨氮的吸附量显著增加。在p H值6.0~8.0时,沸石对氨氮去除效果最好。动态试验显示,当氨氮浓度为50 mg·L-1时,沸石的穿透时间约96 h,动态饱和吸附量为18.8 mg·g-1。     

生物炭Mg/Al-LDHs复合材料对磷的吸附特性及机理

为有效控制水体富营养化和实现农业废弃物资源化利用,以生物炭作为类水滑石(Layered Double Hydroxide,LDHs)的载体,采用共沉淀法制备出生物炭镁铝水滑石复合材料(Mg/Al-LDHs@BC),并研究其对水中磷酸盐的吸附特性.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、Zeta电位仪、傅立叶红外光谱仪和X射线光...     

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。     

不同原料生物炭对氮、磷、钾的吸附和解吸特性

【目的】通过三种不同原料生物炭 (玉米秆炭、稻壳炭、稻秆炭) 对氮、磷、钾的吸附解吸试验,了解不同材料来源的生物炭对无机养分的吸附和解吸特征,为将其作为添加物来调节有机肥的性质提供参考。【方法】在pH 6.75 ± 0.25、25℃下,采用Langmuir和Freundlich方程对三种不同原料生物炭 (玉米秆炭、稻壳炭、稻秆炭) 氮、磷、钾的等温吸附进行拟合。对吸附养分后的生物炭进行连续5次解吸,前4次采用水浸提,第5次浸提采用1 mol/L KCl浸提氮,0.5 mol/L的NaHCO₃浸提磷,1 mol/L的CH₃COONH₄浸提钾。【结果】1) Langmuir和Freundlich方程均可用来拟合生物炭对氮、磷、钾的等温吸附,Langmuir方程对氮、磷的吸附拟合较好,Freundlich方程对钾的吸附拟合较好。对不同原材料而言,稻秆炭对氮、磷、钾的吸附性能均较好,其最大吸附量q_m分别为 (2.44 ± 0.15) mg/g、(2.91 ± 0.12) mg/g和 (4.97 ± 0.22) mg/g。2) 不同原材料生物炭对氮、磷、钾的单次解吸率和总解吸率具有一定的差异。生物炭对阳离子 (铵根离子和钾离子) 的最大吸附量受阳离子交换量和酸性官能团的数量以及pH_pzc影响,对磷酸根的最大吸附量主要与阳离子交换量和碱性官能团的数量有关。【结论】所试三种生物炭对氮、磷、钾的吸附存在单分子层吸附和多分子层吸附,在单次解吸率和总解吸率上不同原料生物炭存在一定的差异性。在生物炭对氮和钾吸附的总量上,物理性吸附的贡献高于化学吸附;对磷的吸附总量上,化学吸附的贡献高于物理吸附。三种生物炭对氮、磷、钾的固储和缓释能力具有一定的差异,稻秆炭的保肥供肥能力优于玉米秆炭和稻壳炭。     

棉秆生物炭去除水中Pb(Ⅱ)吸附机理的量化分析

为消除酸洗对生物炭吸附量的影响,更精确地量化分析各吸附机理在生物炭吸附重金属过程中的作用,该研究以棉花秸秆为原料,采用慢速热解法制备棉秆炭,棉秆炭经酸洗后制得脱矿炭;以吸附水中Pb2+为例,研究该过程中棉秆炭的各吸附机理。采用先进技术表征吸附前后棉秆炭的表面形貌结构和理化特性,定量分析吸附前后棉秆炭上的含氧官能团和吸附溶液中可交换阳离子,从而计算出各吸附机理的贡献。结果表明,棉秆炭吸附Pb2+的过程中包含沉淀、离子交换、π电子、络合及物理吸附五种作用机理;随热解温度升高,沉淀和π电子作用增强,离子交换和络合作用减弱;Ca2+和Mg2+在离子交换中起主导作用,占比超过95%;吸附机理的量化分析结果表明：无机组分对棉秆炭吸附Pb2+具有重要作用,沉淀和离子交换的贡献不低于70.6%。研究结果可为生物炭/改性炭吸附重金属机理的量化分析、废弃棉秆的资源化利用、水体和土壤重金属污染防治提供理论依据。     

法国梧桐叶片炭和枝条炭对水中Pb2+的吸附特性影响

以法国梧桐叶片和枝条为原料在500℃下通过限氧裂解法制成生物质炭,进而采用批量吸附法探究了不同溶液初始pH、吸附时间、溶液初始Pb~(2+)浓度对生物质炭吸附效果的影响,并通过拟合吸附动力学曲线和吸附等温线方法初步研究吸附机理。结果表明,与法国梧桐枝条炭相比,叶片炭矿质元素组成相对较为复杂,官能团种类较丰富。2种生物质炭均在吸附时间为24 h时、初始pH为5时达到最大吸附量,叶片炭的最大吸附量比法国梧桐枝条炭高25.6%。2种生物质炭的动力学吸附过程均符合准二级动力学方程,表明吸附速率主要受化学因素控制;2种生物质炭的吸附等温线更符合Langmuir模型,吸附以单分子层为主,也存在层间扩散的多分子层吸附。综上所述,2种生物质炭均能较好地吸附水溶液中的Pb~(2+),叶片炭的吸附效果比枝条炭更明显,在实际生产中可以将法国梧桐修剪枝和落叶炭化后用于铅污染水体修复。     

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。     

水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下所制备的生物质炭的性质,并采用批处理法,分析了生物质炭添加量和不同热解温度制备的生物质炭对土壤磷吸附特性的影响。结果表明:随着热解温度的升高,生物质炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。添加生物质炭显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物质炭热解温度的增加,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添加生物质炭土壤的磷等温吸附曲线。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述添加生物质炭土壤的磷吸附动力学行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物质炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤磷肥肥效改良方面具有一定的应用潜力。     

水滑石改性生物炭有效提高设施菜田土壤磷的吸附性能

【目的】设施菜田土壤磷素高量累积、磷迁移风险高。水滑石改性生物炭是很好的阴离子吸附材料,探究不同原材料制备的水滑石改性生物炭对高磷设施菜田土壤磷吸附性能的影响,为高磷设施菜田合理利用改性生物炭、降低磷素损失风险提供科学依据。【方法】采用500℃下限氧热解法制备竹炭(BB)、玉米秸秆炭(MB)和猪粪炭(PB)样品,利用共沉淀法将Zn/Fe水滑石(Zn/Fe-LDHs)分别负载在3个生物炭表面,得到水滑石改性竹炭(LDH-BB)、水滑石改性玉米秸秆炭(LDH-MB)和水滑石改性猪粪炭(LDH-PB)。以6个生物炭样品为试材进行土壤磷吸附–解吸实验和土柱淋溶实验,以不添加生物炭处理为对照。磷吸附–解吸实验利用Langmuir和Freundlich方程拟合吸附数据,并测定了土炭混合物的磷解吸量。土柱淋溶实验测定了淋溶液体积、pH及不同形态磷含量。【结果】水滑石改性生物炭的Zn、Fe元素含量、O/C和(O+N)/C原子比提高,pH、C、N和P元素含量降低。改性后生物炭表面出现不规则层状附着物,比表面积增加,其大小依次为LDHBB>LDH-PB>LDH-MB>BB>MB&g...     

花生壳生物炭对土壤吸附邻苯二甲酸二甲酯的影响

采用限氧升温法在不同的炭化温度和时间下制备4种花生壳生物炭,考察其对土壤吸附邻苯二甲酸二甲酯(Dimethyl phthalate,DMP)的影响。结果表明,添加生物炭能显著提高土壤对DMP的吸附能力。Langmuir模型和Freundlich模型均能较好的拟合添加生物炭土壤对DMP的吸附,相关系数分别介于0.90~1.00和0.95~0.99之间。随着生物炭添加量的增加,土壤对DMP的吸附能力明显增强且非线性特征更加突出;在生物炭高添加量条件下,炭化温度高且炭化时间长的生物炭对土壤吸附能力的增强作用更为显著。在Ce=0.001 Sw和Ce=0.01 Sw条件下,生物炭对土壤吸附DMP的贡献率分别介于80.80%~98.58%和67.30%~96.37%之间,表明生物炭对土壤吸附DMP发挥着主导作用。     

柠条生物炭对土壤中敌草隆的吸附性能

以柠条为原料,分别在200、300、400℃和600℃进行炭化处理制备柠条生物炭,分析柠条粉末和生物炭的组分,用扫描电镜观察柠条生物炭的形貌,比表面积分析仪绘制柠条生物炭的吸附等温线,研究柠条生物炭的孔容、孔径以及比表面积等结构参数。使用土柱实验装置将柠条生物炭与土壤混合,通过淋溶试验检测柠条生物炭对土壤中的除草剂敌草隆的吸附效能。结果表明,柠条炭化的吸附等温线属于典型的Ⅰ型吸附线,随着炭化温度的升高,柠条生物炭的炭得率不断降低,在600℃进行炭化处理可以得到44.71%的柠条生物炭,其比表面积可达到187.56 m2·g~(-1),平均孔径4.83 nm,微孔体积占总孔体积的52%。土壤中添加1%的柠条生物炭就可以对土壤中的敌草隆产生显著吸附效果,添加3%的柠条生物炭可以获得最佳的经济效益。     

白果壳遗态HAP/C复合材料对水中氨氮的吸附

为综合利用农林废弃物,以白果壳为植物模板、羟基磷灰石(HAP)为改性材料,制备了白果壳遗态HAP/C复合材料(PBGC-HAP/C-G),并通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等对其进行了表征,同时研究了溶液pH、初始浓度、吸附剂投加量等对其去除水中氨氮的影响。结果表明,PBGC-HAP/C-G是一种大孔材料,孔径主要介于35～200μm之间。在溶液pH=5时,吸附效果最佳;吸附剂投加量的增加有利于氨氮的去除;粒径大小不是影响吸附效果的主要因素。准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型能很好地描述该吸附过程,吸附过程以化学吸附为主。在氨氮初始浓度为20、50、100 mg·L~(-1)时,拟合计算得到的理论平衡吸附量分别为0.45、1.10、2.15 mg·g~(-1),与实验测定值0.46、1.15、2.18 mg·g~(-1)相近,可见PBGC-HAP/C-G可用作去除氨氮的吸附剂。     

炭化秸秆对水体中氨氮和磷的吸附性能及其与粉煤灰和炉渣的对比

采用恒温振荡吸附试验方法,研究了炭化秸秆对水体中氨氮和磷的吸附,并与粉煤灰和炉渣两种物料的吸附性能进行了对比。结果表明,炭化秸秆对氨氮和磷的吸附容量和吸附率小于粉煤灰、但大于炉渣,且3种物料对氨氮和磷的吸附容量,都随着吸附剂投加量的增加而减小;炭化秸秆和粉煤灰的吸附率随着吸附剂投加量的增加而增大,炉渣则减小;炭化秸秆和炉渣对氨氮和磷的吸附率随着pH值的增大而呈现不规则的增大趋势。3种物料对氨氮和磷的吸附容量受pH的影响很小,粉煤灰对氨氮的吸附容量在pH为6时最高,但在pH为4时炭化秸秆对氨氮的吸附容量最低。     

氯化锌改性樱桃核基生物炭对恩诺沙星的吸附效果

恩诺沙星（enrofloxacin,ENR）是农业生产中广泛使用的一种抗菌药,其药物残留和耐药危害导致了严重的生态风险。因此,降低或消除ENR残留是生态农业的重点研究内容。该研究利用果业废弃物——樱桃核,通过高温氧化法和氯化锌腐蚀造孔技术,将其制备成一种改性生物炭,用于降低和消除水体ENR污染度。通过比表面积分析和电镜扫描比对,与直接氧化制备的生物炭（primitive biochar,PBC）相比,氯化锌改性生物炭（biochar of ZnCl₂ modification,Zn-BC）呈大孔径多片层结构,每层分布大量蜂窝状孔隙,其比表面积多达1 148.79m²/g,对ENR的最大吸附量显著提高。傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectrophotometer, FT-IR）和X射线电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS）分析表明,Zn-BC具有更多含氧基团,促进其与ENR形成更多配合物,吸附机制可能与孔隙填充、π-π键相互作用、氢键作用有关;吸附动力学和吸附等温模型拟合发现,PBC和Zn-BC均与准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型吻合较好,证实表征分析结果与吸附机理相呼应;热力学分析进一步表明两种生物炭对ENR吸附为自发、熵增加和放热过程。综上,与PBC相比,Zn-BC吸附面积大、效率高,是消除水体ENR残留污染的良好材料。     

沙柳生物炭对矿区铜离子吸附性能的研究

为研究利用生物炭在草原矿区土壤铜污染修复中的治理效果,研究在外业调查的基础上借以Cu~(2+)为污染源,沙柳生物炭为吸附材料进行了室内模拟试验,探究沙柳生物炭对Cu~(2+)的吸附性能的研究。结果表明:Lagergren准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Freundlich、Temkim等温吸附模型能够较好地描述沙柳生物炭对溶液中Cu~(2+)的动力学吸附过程(R~20.99)及等温吸附过程(R~20.56),可见沙柳生物炭对溶液中Cu~(2+)的吸附并非单层的吸附,而是复杂的吸附过程。沙柳生物炭对溶液中Cu~(2+)的吸附量最大为19.13mg/g,且在弱酸环境下有利于沙柳生物炭的吸附作用;当吸附16h后,沙柳生物炭对Cu~(2+)的吸附量和吸附率均达到峰值后且不再随吸附时间的延长而增加;沙柳生物炭的吸附量、吸附率与吸附时间、溶液pH值均呈显著正相关关系(p0.05)。     

水肥管理及生物炭施用对作物产量和磷效率及磷淋失的影响

为探讨中国北方褐土区典型种植模式——冬小麦-夏玉米体系水分优化、养分优化以及生物炭施用对作物产量、磷效率和磷素淋失的影响,2016—2019年于陕西杨凌土(黄土母质,自然褐土发育)区进行田间渗漏池试验,设计习惯水肥(CP1、CP2, CP1处理渗漏池深为120～150 cm, CP2处理渗漏池深为100 cm)、灌水优化(CP1-W)、养分优化(CP1-F)、水分养分优化(OPT)、习惯水肥+生物炭(CP2+B)以及水分养分优化+生物炭(OPT+B)7个处理,研究作物产量、磷肥偏生产力和磷素淋失的响应。结果表明,CP1-W、CP1-F和OPT处理3年平均冬小麦、夏玉米及作物总产量均与CP1处理无显著差异。CP1-F和OPT处理较CP1处理均显著增加磷肥偏生产力,平均增幅分别为69.3%和56.4%。与CP1处理相比, CP1-W和CP1-F均没有显著影响各形态磷的淋失量,而OPT处理的颗粒磷淋失量显著减少58.4%。施用生物炭对3年平均作物总产量无显著影响,而在CP2+B处理磷肥偏生产力显著提高43.6%;在OPT+B处理磷肥偏生产力无显著变化。CP2+B处理各形态磷素的淋失量均与CP2处理相似, OPT+B处理第1年可溶性有机磷、颗粒磷和总磷淋失量较OPT处理分别显著降低60.0%、57.1%和62.4%,但后两年OPT+B处理总磷淋失量却显著增加。综合3年的结果发现,在不同条件下施用生物炭对各形态磷素淋失均无显著影响。上述结果表明,褐土区在农户水肥的基础上合理降低水肥用量,可以提高磷肥利用率,降低磷素淋失量,保障作物产量;而施用冬小麦秸秆生物炭对作物产量、磷素淋失无显著影响,对磷肥偏生产力的影响结果不一致,有待进一步研究。     

铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附效果研究

[目的]研究稻壳生物炭和3种铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附特性,为其作为添加剂进行炭基肥料的开发提供参考.[方法]以稻壳为原料,在500℃无氧条件下热解制备稻壳生物炭(RBC),并采用3种工艺制备铁改性稻壳生物炭(FDRBC、FWRBC和FWBC).利用比表面积测定仪(BET)和扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)...     

生物炭对潮土磷有效性、小麦产量及吸磷量的影响

为探究玉米秸秆生物炭对潮土磷素有效性、小麦产量及吸磷量的影响,采用室内盆栽试验,在潮土中添加0、0.2%、1.0%和5.0%(即CK、MB_(0.2)、MB_(1.0)、MB_(5.0)处理)4个水平的生物炭,分析了不同生物炭用量下潮土磷素有效性、小麦产量及磷素吸收的变化特征。结果表明,随着时间的推移,同一处理下土壤有效磷(AP)含量均逐渐减少,但总体变化不大。在3个关键生育期,土壤AP含量均随生物炭用量的增加而增加;与CK处理相比,成熟期MB_(0.2)、MB_(1.0)和MB_(5.0)处理的土壤AP含量分别显著增加了11.3%、30.5%和167.1%。土壤AP含量与土壤pH、电导率(EC)及有机碳(SOC)含量呈极显著正相关,与土壤磷酸酶活性则呈显著负相关。研究还发现,MB_(1.0)和MB_(5.0)处理产量较CK均显著增加,其中MB_(1.0)处理产量增幅最大,达33.7%。小麦收获后,籽粒磷含量、吸磷量随生物炭用量的增加而增加,其中MB_(5.0)处理的籽粒磷含量和吸磷量均显著高于其它处理,增幅范围分别为21.4%～30.8%、23.0%～68.9%;而处理间植株磷含量和吸收量均无显著性差异(P0.05)。因此,施入中、高量(MB_(1.0)、MB_(5.0))生物炭有利于提高潮土磷素有效性、小麦产量及籽粒磷素吸收。     

不同内源重金属生物炭对Cu和Cd吸附及其对老化作用的响应

为明确老化作用对不同内源污染物生物炭吸附重金属稳定性的影响,该研究以不同污染程度（清洁、中度和重度污染）土壤种植的巨菌草秸秆制备3种不同内源Cu和Cd含量的生物炭RB、SB和JB,分析3种生物炭对Cu2+和Cd2+的吸附能力以及干湿和冻融老化对饱和吸附后生物炭中Cu和Cd的生物有效性的影响。结果表明：3种生物炭表面均分布丰富的孔隙结构,RB含有最高的pH值和灰分含量;生物炭对Cu2+和Cd2+的吸附符合Langmuir模型（R2=0.951～0.998）,且RB对Cu2+和Cd2+的吸附量最大,分别为54.3和37.3 mg/g;与此相同,饱和吸附后RB对Cu2+和Cd2+的固持量最大,分别为21.4和4.78 mg/g。与老化前相比,干湿老化较冻融老化更显著地降低了饱和吸附后生物炭中Cu的TCLP（Toxicity Characteristic Leaching Procedure）浸出含量,促进了Cu从酸溶态和残渣态向还原态和氧化态转化,降低了Cu的环境风险;但是干湿和冻融老化作用增加了饱和吸附后生物炭中Cd的TCLP浸出含量,促进了Cd从残渣态向酸溶态、还原态和氧化态转化,增加了Cd的环境风险。这可能是由于3种生物炭对Cu2+的吸附主要以表面络合为主,对Cd2+的吸附以化学沉淀机制为主。总体上,RB生物炭固持最高的Cu2+和Cd2+,但是干湿和冻融老化增加了饱和吸附后生物炭Cd环境风险,研究结果对于评估生物炭长期钝化修复稳定性具有一定的指导意义。