甘蔗渣制取活性炭的强度和稳定性研究

以甘蔗渣为原料,采用ZnCl2活化的方法制取生物活性炭。通过对比得率和碘值,优化了制取活性炭的活化剂浓度、炭化温度和炭化时间,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和比表面积测定等仪器分析试验,探讨了活性炭制取过程中对强度和吸附稳定性的主要影响因素。结果表明,制取吸附稳定性好、强度高的活性炭优化条件为：活化剂ZnCl2浓度为2.0 mol·L^-1,活化剂与甘蔗渣的质量比为5∶1,活化时间为24 h,炭化温度为500 ℃,炭化时间为50 min,以N2作为保护气,流量为2.5 L·min-1。在上述条件下制得的活性炭的碘值为510 mg·g^-1,得率为35.4%,比表面积为653 m^2·g^-1,均孔径为2.4 nm,孔体积为 7.1×10^-2 cm^3·g^-1,可广泛应用于各种水处理领域。     

H2O2/NaOH改性玉米秸秆制备石油吸附剂的实验研究

本文采用H2O2/NaOH对玉米秸秆（RCS）进行改性来制备可吸附石油的生物质吸附剂（HNCS）。通过模拟实验,比较了不同改性时间的HNCS吸油量,发现改性14h的吸油量最大,达14.08g·g-1,而改性前RCS仅为4.33g·g-1,改性使得吸油量提高了325%,且吸油速率更快。通过扫描电子显微镜（SEM）、比表面积/孔隙度分析仪和傅里叶红外光谱仪（FT-IR）,对改性前后样品结构进行表征,同时采用洗涤剂法和硫酸法对纤维素、半纤维素、木质素含量进行测定,结果发现：改性后的HNCS表面更加粗糙,且出现大量的吸附孔隙,比表面积为7.14m·2g-1,表面亲水性官能团减少,纤维素含量增加而木质素含量减少。这说明吸油量和吸油速率受到吸附剂表面官能团、比表面积和孔隙/间隙的影响。     

~(60)Coγ辐照对稻草纤维组织及酶解效果的影响

用60Coγ射线处理干稻草秸秆及粗纤维,评价辐照对稻草纤维组织降解作用以及提高稻草秸秆纤维酶降解效果。采用DNS法和硫酸-苯酚法分别测定稻草辐照样品热水浸提液中水溶性还原糖和总糖的含量,通过高效气相色谱分析稻草秸秆各辐照处理提取液中还原糖各组分的变化,并用电子显微镜扫描观测辐照对稻草秸秆纤维组织结构的影响。结果表明,用1000~1500kGy的剂量处理稻草秸秆,能有效破坏稻草的纤维组织结构,特别是稻草表面硅晶结构和纤维结构,且随辐照剂量加大破坏程度增强,辐照稻草热水浸提液水溶性还原糖和总糖含量显著增加。辐照与酶复合处理后稻草秸秆纤维的转化率提高到88.7%,辐照稻草秸秆酶降解后的水溶性还原糖含量达到214.4mg/g,总糖含量达758.5mg/g,极显著地提高甘露糖、半乳糖、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖含量,其中葡萄糖含量提高最大,占单糖总量的62.64%,其次是甘露糖。辐照对稻草秸秆木质素降解无明显影响。     

秸秆微波水热炭和活性炭理化及电化学特性

为了解秸秆微波酸催化水热炭和碱活化活性炭形成机制和理化特性演变规律,该研究开展了不同柠檬酸质量分数下的秸秆微波水热和活性炭的制备试验,并研究了水热炭和活性炭理化及其电化学特性。结果表明,随柠檬酸质量分数的增加,秸秆水热炭的产率、挥发份和H含量减少,而其灰分、固定碳、C和高位热值增加,且酸质量分数为10%后趋于稳定。柠檬酸质量分数为10%时,水热炭的碳微球结构最丰富,其比表面积和孔体积最大,且以中孔为主。10%柠檬酸水热炭在900℃下经KOH活化后的活性炭产率为8%～11%,活化气体产率为32%～35%,且以CO和H_2为主。900℃活性炭的比表面积为1 250～1 570 m~2/g,总孔体积为1.00～1.20 cm3/g,孔径为3.55～4.10 nm,且以中孔和微孔为主。当电流密度为1 A/g,水稻、玉米和油菜秸秆活性炭的比电容分别为160.54、150.12和155.17 F/g,且循环5 000次后的电容保持率分别为91.04%、88.12%和89.06%,表现出较好的循环稳定性。水稻秸秆水热炭和活性炭的产率、灰分、碳转化率、能量转化率、比表面积、总孔体积、比电容和电容保持率最大。     

秸秆生物炭对棕壤中Cu(Ⅱ)的吸附效应及影响因素

以棉花、花生秸秆为原料,采用限氧热裂解法分别于350℃、500℃、650℃下制备生物炭,通过等温吸附和吸附动力学实验,研究两种秸秆生物炭对棕壤中Cu(Ⅱ)的吸附特性和修复效应。结果表明:随裂解温度上升,秸秆生物炭的碳化程度和BET比表面积增加,而含氧官能团、H/C和O/C的比值则减少,且花生秸秆生物炭的芳香化程度、碳化程度和比表面积均高于棉花秸秆生物炭;不同温度梯度制备的生物炭在吸附效果及机制方面存在差异,秸秆生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附效果与Lagergren动力学方程的二级动力学方程、Langmuir等温方程可以较好拟合;随着pH的升高,吸附量均增加,吸附量在6.5时达到最大,且花生生物炭的吸附量大于棉花生物炭;SEM电镜扫描图展示了花生秸秆生物炭的表面特征和孔隙结构比棉花明显;FTIR谱图分析表明秸秆生物炭含氧官能团含量随裂解温度的升高而减少。综上,花生秸秆生物炭对山东棕壤重金属污染的修复效果更优。     

互花米草厌氧发酵渣活性炭处理含镉废水的研究

采用静态吸附法,进行磷酸活化法不同剂料质量比（0.5～3.0）及活化温度（400～700℃）条件下制备的互花米草厌氧发酵渣活性炭对镉的吸附性能研究,考察不同初始浓度条件下活性炭对镉的平衡吸附量,旨在以吸附法治理含镉废水,探索吸附机理、影响因素、除镉吸附剂的最佳制备条件以及活性炭物化性质对镉吸附性能的影响。结果表明,镉的吸附性能与活性炭的制备条件有关,随着活化温度的升高,镉的吸附量逐渐增大,主要是因为高温条件下活性炭表面PO34-充当活性位点,促进镉的吸附。当剂料质量比为1.0,活化温度为700℃时,制备出的活性炭对镉的吸附性能最好,其最大吸附量可达38.91mg·g^-1,远远高于商业活性炭。镉的吸附量随着溶液初始浓度的增加而增大,吸附等温线符合Langmuir方程。溶液pH和活性炭表面化学性质是决定镉吸附量大小的决定性因素,当溶液pH在2～4时,各活性炭对镉的吸附能力随pH的增加而增加。本文为含镉废水的处理提供了一种低价高效的方法。     

稻草秸秆的碱性臭氧预处理效果

为了研究碱性臭氧预处理对稻草秸秆酶水解、表观结构及成分的影响,将稻草秸秆碱性臭氧预处理后进行酶水解,对处理前后的稻草秸秆进行了扫描电镜观察及成分分析,并对处理后溶液进行了紫外光谱分析。结果表明：碱性臭氧预处理能将稻草秸秆中的木质素氧化降解为小分子的有机酸,降低了稻草秸秆中木质素的含量,提高了纤维素的含量。扫描电镜观察显示经碱性臭氧预处理过的稻草秸秆,机械组织暴露,孔隙度大,酶解的有效比表面积大。在pH值5.0、每单位底物加酶量31.2 mg/g、45℃条件下,碱性臭氧预处理稻草秸秆酶水解120 h时还原糖达到了902 mg/g,糖化率为92.57%。在相同酶解条件下,碱性预处理与未处理稻草秸秆的糖化率分别为74.90%与53.53%。碱性臭氧预处理稻草秸秆的糖化率明显高于碱性预处理与未处理稻草秸秆的糖化率。     

低氧烟道环境制备污泥活性炭

为降低污泥制备活性炭的成本,以高温低氧烟道气为媒介,研究了活化时间、温度、蒸气含量以及氧含量对污泥活性炭性能的影响规律,结果表明：活化温度、活化时间及水蒸气流量的最佳值分别为800°C、90 min和34.8%,该条件下污泥活性炭比表面积、产率、甲基橙及亚甲基蓝吸附值分别为：246.3 m2/g、46%、14.8 mg/g、18.1 mg/g。因而,高温低氧烟气直接用于物理活化法制备污泥活性炭,活化气量（水蒸汽）不够,产品活性炭的性能差,活化温度高达800°C,运行成本仍偏高。将湿污泥用ZnCl2按1∶1浸渍16 h后活化炭化,在活化温度、活化时间、氧含量分别为550°C、90 min、2%时,污泥活性炭的产率为59%,其比表面积和亚甲基蓝吸附值分别达516.1 m2/g和129.8 mg/g,孔体积为0.29 cm3/g,微孔体积为0.16 cm3/g,平均孔径为3.95 nm,性能较好。氧气能促进活性炭微孔的形成与发展,最佳的氧含量为2%~4%。与无氧条件下制备的污泥活性炭相比,氧含量为4%时制得的污泥活性炭的比表面积增加了6.82%,亚甲基蓝吸附值提高了2.75倍。该研究表明：高温烟气作为热源、保护气和活化气,结合化学活化法,可将脱水湿污泥直接制成污泥活性炭。该结果可为低成本制备污泥活性炭、实现污泥处理的资源化利用提供一定的参考。     

改性花生壳对水中Cd^2＋和Pb^2＋的吸附研究

用高锰酸钾对花生壳进行改性,制成改性花生壳吸附材料,并进一步就该吸附剂对水中重金属离子Pb^2＋、Cd^2＋的吸附去除性能进行了考察,结果表明,吸附在18h后基本达到平衡,吸附Pb^2＋和Cd^2＋最佳初始pH值分别为4.5和6.5,对Pb^2＋的吸附量最大达到104.75mg·g^-1,对Cd^2＋的吸附量最大达到43.11mg·g^-1。对Pb^2＋和Cd^2＋在该吸附剂上的竞争吸附研究结果表明,竞争吸附的干扰使得Cd^2＋的吸附量降低88.47%,Pb^2＋的吸附量降低20.80%,且Pb^2＋的吸附量为Cd^2＋的5-6倍,吸附剂对重金属离子的吸附选择顺序为Pb^2＋〉Cd^2＋。     

添加H2O2改性和HNO3/H2SO4改性生物质炭对一种酸性水稻土吸附Cd (Ⅱ)的影响

选择稻草、玉米秸秆和油菜秸秆作为制备生物质炭的原料，分别用H2O2和HNO3/H2SO4对生物质炭进行改性处理，以未改性的生物质炭和HCl处理的生物质炭作为对照。按土重3%的比例向采自安徽郎溪的酸性水稻土中添加上述生物质炭，在经历一个干湿交替周期后，进行Cd(Ⅱ)吸附/解吸实验，研究添加生物质炭对水稻土吸附Cd(Ⅱ)的影响及其机制。结果表明，两种改性方法均有效增加了生物质炭表面的质子结合位点数，且HNO3/H2SO4改性对生物质炭表面羧基官能团的扩增效果更显著。官能团的增加使得添加了HNO3/H2SO4改性生物质炭的水稻土对Cd(Ⅱ)的专性吸附能力显著增强。因此，添加HNO3/H2SO4改性生物质炭可以作为酸性水稻土吸附固定重金属Cd的一种新型方法。     

互花米草厌氧发酵渣活性炭的制备表征及吸附性能研究

利用废弃物互花米草厌氧发酵渣为原料,以H3PO4为活化剂,于N2保护下,在不同的活化温度（400~700℃）和剂料质量比（0.5~3.0）条件下制备活性炭,以低温液氮（N2/77.4 K）吸附测定活性炭的比表面积、孔容及孔径分布,以FTIR、pHPZC测定分析活性炭表面化学性质;以亚甲基蓝为特征污染物,考察所制备的活性炭成品的吸附能力。结果表明,随着剂料质量比的增大,活性炭孔径分布变宽,中孔所占比例增大;在所考察的活化温度范围内,活性炭N2吸附容量大小与BET比表面积呈现相同的趋势。活化温度为500℃、剂料质量比为2.0条件下所制备的活性炭对亚甲基蓝的吸附性能良好,最大吸附容量可达243.90 mg.g-1,符合Langmuir吸附等温模型。亚甲基蓝Langmuir最大吸附容量与活性炭BET比表面积存在一定的线性关系。该活性炭制备方法为互花米草厌氧发酵渣的综合利用找到了新的途径。     

N、P、K肥对玉米幼苗吸收和积累重金属的影响

采用室内盆栽试验,研究复合污染土壤中施加氮肥（NH4Cl）、磷肥（Na2HPO4）和钾肥（KCl）对高生物量经济作物玉米（Zeamays L.）幼苗生长以及吸收和积累重金属的影响。结果表明,不同施肥方式和浓度处理对玉米生物量变化以及吸收重金属有不同影响,NH4Cl能显著提高玉米地上部生物量、土壤Pb、Cd有效态含量,增加玉米对重金属Pb、Cd、As的提取量,最大分别可提高1.7、2.0倍和1.2倍。不同施肥方式和处理浓度均显著影响土壤有效态Pb含量,Na2HPO4在中浓度处理时显著降低土壤Pb的有效性,高浓度时则显著增加土壤有效态As含量,使玉米地上部对As的积累量有明显提高。在不同的浓度水平下,钾肥处理使玉米提取Pb含量显著高于氮肥和磷肥,其中低浓度KCl处理使玉米提取Pb量比对照增加2.4倍。对Pb-Cd-As复合污染农田土壤来说,施用氮肥（NH4Cl）处理对强化玉米的修复效果最好。     

秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳含量及土壤碳矿化的影响

为了探明秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳及土壤碳矿化的影响,为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考,通过4a（2007—2010年）秸秆还田定位试验,设置不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-（2高H）粉碎还田,玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下土壤有机碳、土壤碳矿化速率、累积矿化量及其与不同形态碳素之间的相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳和活性有机碳含量分别比CK显著提高了24.2%、20.8%、9.5%和50.3%、46.6%、34.8%（P〈0.05）;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时也显著提高了0～20cm土层活性有机碳占总有机碳含量的比重,提高幅度达21.1%～23.1%（P〈0.05）;土壤碳矿化速率和累积矿化量在0～60cm各土层内随着秸秆还田量的增加大小顺序均为高量秸秆还田〉中量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田,各秸秆还田处理较CK差异显著（P〈0.05）。相关性分析表明,土壤碳累积矿化量与不同形态碳素之间均存在极显著相关性。因此,在宁南半干旱区采用秸秆还田对提高土壤有机碳含量和碳矿化具有明显作用。     

秸秆还田对宁南旱作农田土壤活性有机碳及酶活性的影响

在宁南旱区通过研究秸秆还田对土壤活性有机碳及酶活性的影响,旨在为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考。在为期3a秸秆还田定位试验中,设置了不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-2（高H）粉碎还田;玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下的土壤有机碳、土壤酶活性及其相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量和土壤酶活性均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳含量和酶活性大小为中、高量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时提高了活性有机碳占总有机碳含量的比重。相关性分析表明,运用土壤活性有机碳和碳库管理指数表征土壤酶活性及土壤肥力变化,比土壤有机碳更具灵敏性。在宁南半旱区采用秸秆还田能有效提高土壤活性有机碳含量和土壤酶活性。     

接种菌剂对堆肥微生物数量和酶活性的影响

以牛粪和蘑菇渣为原料进行好氧堆肥,研究接种外源菌剂对堆肥中微生物数量和酶活变化的影响,为微生物菌剂的应用和堆肥工艺的改进提供依据。结果表明,加菌处理微生物数量高于CK处理。堆肥中酶活分析结果表明,各类酶活变化趋势有所不同。其中过氧化氢酶是由低到高的趋势,堆肥中加入外源菌剂对过氧化氢酶活性没有影响,加菌和CK处理最终活性为原始值的2倍以上;脲酶和纤维素酶的变化趋势都是先升高,再降低。加菌和CK处理脲酶活性峰值分别为37．38和30．17mgNH3-N·g^-1·24h^-1;纤维素酶活性峰值分别是51．84和30．62μg·min^-1,外源菌剂对二者酶活性均有明显提高。转化酶也是由高到低的变化趋势,但出现两个波峰。加菌处理转化酶活性峰值分别在第3和第14d出现,峰值为14．20和21．70．mg葡萄糖·g^-1·24h^-1;CK处理出现在第3和第21d,其峰值分别为11．77和20．71mg葡萄糖·g^-1·24h^-1。外源菌剂不仅可提高转化酶活性,还可以使其提前到达峰值。多酚氧化酶与其他酶有较大差别,它是降低-升高-降低的趋势。加菌和CK处理多酚氧化酶活性峰值分别为36．30和47．55mg没食子素·g^-1·3h^-1。以上结果表明,在好氧堆肥中接种外源菌剂可以加快堆肥中有机质分解和转化,促进腐熟。     

玉米秸秆生物炭对Cd（Ⅱ）的吸附机理研究

以玉米秸秆为原料,在350℃和700℃热解温度下分别制备了两种生物炭（BC350和BC700）,并对其理化性质进行了表征。在700℃下制备的生物炭芳构化程度更高,疏水性更强,比表面积更大,孔结构发育更加完全。研究Cd（Ⅱ）在两种生物炭上的吸附发现,Two-site Langmuir吸附等温模型比One-site Langmuir吸附等温模型能更好描述Cd（Ⅱ）在生物炭表面的吸附。BC700对Cd（Ⅱ）的吸附容量大于BC350,解吸率远小于BC350,吸附效果更好;离子交换和阳离子-π作用两种吸附机理同时存在并共同作用,前者分别占BC350和BC700总吸附容量的13.7%和1.1%,后者分别占86.3%和98.9%,阳离子-π作用是最主要的吸附机理。红外光谱FTIR分析表明,生物炭表面的含氧官能团和π共轭芳香结构分别提供不同机理的吸附位点。由于具有更多的离子交换位点,BC350对Cd（Ⅱ）吸附受pH影响较BC700更大。     

酸-超声波预处理及糖化水解稻草研究

采用室内实验方法,研究了酸-超声联合预处理稻草对其化学组成以及糖化效果的影响,并与传统酸预处理法的效果进行了对比。结果表明,与未经处理的稻草相比,经酸-超声波处理的稻草其半纤维素、木质素含量最高分别减少了64．46％、62．19％,纤维素含量最高则上升了73．20％,而酸处理的稻草相应数值只能达到56．72％、59．90％及53．41％。同时分别对两种方法的稻草糖化的工艺条件通过正交试验进行了优化,得出两种方法的稻草最佳糖化条件均为：pH值为4．8,温度为45℃,酶浓度为20mg·g-1。在该条件下,对于酸一超声波预处理稻草,在糖化108h以后还原糖浓度稳定并达到最大值26．4g·L-1,而对于酸预处理稻草,在糖化120h以后还原糖浓度才稳定并达到最大值26．2g·L-1,且前者能比后者产生更多的葡萄糖以及更少的木糖,更有利于提高后续酒精发酵的效率。     

不同水温下重金属镉诱导金属硫蛋白在鲫鱼组织中的表达

以鲫鱼（Carassius auratus）为试验材料,研究了在一定环境条件下重金属镉的胁迫对鲫鱼不同组织中金属硫蛋白（MT）含量的影响。结果表明,平均体长为（15.32±0.63）cm、平均体重为（310.6±5.69）g的鲫鱼不同组织中的MT本底值存在着明显的差异（P〈0.01）,含量顺序为肝脏〉肾脏;不同水温条件下鲫鱼相同组织中的MT本底值差异显著（P〈0.01）,鲫鱼肝脏中的MT本底值平均含量在水温（26.5±1）℃和（16.5±1）℃时分别为3.50和3.25μg.g^-1;肾脏中的MT平均含量分别为3.20和2.72μg.g^-1;不同水温下,经不同的暴露时间、不同暴露浓度的Cd^2＋胁迫下MT在鲫鱼肝脏和肾脏中的表达趋势较为一致,都是呈先升高后稳定的状态,在试验后的6 h内的增加速率最大,MT的含量在12 h时达到峰值。鲫鱼的肝脏和肾脏组织在12 h内MT的增加量与Cd^2＋的浓度呈较好的相关性,表现出一定的剂量-效应关系,表明水体中的Cd^2＋可诱导鲫鱼组织中MT的合成与表达,且主要诱导时间在12 h之内。相同Cd^2＋质量浓度胁迫下,水温的改变不影响Cd^2＋胁迫MT在鲫鱼组织中的表达趋势,但影响MT表达的含量和速率,相同Cd^2＋质量浓度下MT在鲫鱼组织中的表达含量和速率均随水温的升高而增加。     

秸秆还田对稻田渗漏液DOC含量及土壤Cd活度的影响

通过盆栽试验,研究了秸秆还田对稻田渗漏液DOC含量及重金属污染土壤Cd溶出的影响。结果表明,秸秆还田增加了稻田渗漏液的DOC含量,提高了土壤Cd的活度。稻田渗漏水DOC的浓度随秸秆还田量的增加而增大。秸秆还田增加了Cd随稻田渗漏水的流失,使得稻田土壤Cd全量、有效态Cd量均随秸秆还田量的增加而降低,部分处理降低幅度达显著水平。本试验条件下由于较多的秸秆还田影响了水稻生长,使水稻植株Cd浓度、累积量均随秸秆还田量的增加呈先上升后下降的趋势。秸秆还田0.5%处理的水稻植株Cd浓度、累积量最高,分别为45.10mg·kg-1、1858.1μg·pot-1。