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)...     

低温水热法制备竹生物炭及其对有机物的吸附性能

竹是一类常见的生物质资源,竹加工中产生的废弃物是制生物炭的理想原料。该研究采用水热炭化法,在较低的水热温度下制备竹生物炭,并通过Na OH浸泡和N2氛围下高温煅烧2种方法,对竹生物炭进行进一步改性,所得产品用于去除水溶液中2-萘酚和刚果红。结果显示:仅采用水热炭化得到的竹生物炭产品得率大于54%,表面官能团丰富,均能吸附水溶液中的2-萘酚和刚果红,其中160℃3 h下制备的样品对2-萘酚吸附效果最好,200℃7 h下制备的样品对刚果红吸附效果最好;改性处理会降低终产品得率并影响表面官能团,Na OH浸泡改性处理能增加竹生物炭对2-萘酚和刚果红的吸附容量,N2氛围下高温煅烧改性则不能提高竹生物炭对这2种物质的吸附效果。研究结果可为废弃生物质制炭及生物炭在水污染物吸附分离中的应用提供参考。     

稻壳炭提取SiO2及制备活性炭联产工艺

为了利用气化发电的固体产物稻壳炭,通过单因素试验,研究了稻壳炭同时提取二氧化硅及制备活性炭工艺技术,得出优化的工艺条件:质量分数20%的K2CO3溶液与稻壳炭原料的液固比为15mL/g,煮溶温度100℃,煮溶时间3.5h;稻壳炭的炭化温度是450℃,活化温度850℃,活化时间2h;SiO2的陈化温度为3℃、陈化时间3h。此条件下制备的稻壳基活性炭得率39.34%、碘吸附值978.35mg/g、亚甲基兰吸附值12mL/0.1g;二氧化硅得率25.77%、白度89.91%。试验表明该工艺制备出的稻壳基活性炭及二氧化硅产品的质量均达到了国家标准的要求,同时为稻壳炭的高效、无公害及资源化利用提供了一条可循的途径。     

生物质炭对黑土硝态氮淋失的影响

为探究不同类型和不同用量生物质炭对黑土硝态氮(NO_3~-—N)淋失的影响,采用室内土柱模拟法进行淋溶试验,探究了3种来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和4个添加比例(0.6%,1.2%,3.6%,6%)的生物质炭对黑土淋溶液的pH、电导率(EC)、体积、淋溶液中NO_3~-—N浓度及土壤NO_3~-—N淋失量的影响。结果表明:淋溶液的pH和EC与生物质炭的施用量呈正比,且3种生物质炭对淋溶液pH的影响表现为玉米秸秆稻壳松木;对淋溶液EC的影响表现为稻壳松木玉米秸秆。淋溶液体积与生物质炭的施用量呈反比,CK处理中累积淋溶液体积为2 530ml,玉米秸秆、稻壳和松木生物质炭的各处理中均为6%处理的累积淋溶液体积最低,分别比CK降低了16.91%,10.77%和10.70%。施用生物质炭可降低淋溶液中NO_3~-—N浓度,CK处理中淋溶液NO_3~-—N浓度范围为38.09~5.02 mg/L,玉米秸秆生物质炭中1.2%处理的淋溶液NO_3~-—N浓度最低,范围为21.31~0.74mg/L;稻壳、松木生物质炭中3.6%处理的淋溶液NO_3~-—N浓度最低,范围分别为21.86~1.06mg/L和22.76~1.11mg/L。施用生物质炭降低了土壤NO_3~-—N淋失量,不同生物质炭对其影响表现为玉米秸秆稻壳松木,当玉米秸秆生物质炭的添加比例为1.2%,稻壳及松木制备的生物质炭添加比例为3.6%时,土壤NO_3~-—N淋失量最低。因此,向黑土中施用生物质炭可以增加淋溶液的pH和EC,降低淋溶液体积和其中所含NO_3~-—N的浓度,从而减少了土壤中NO_3~-—N的淋失量。     

小麦秸秆生物质炭的结构特征及其对Cr(VI)的吸附性能研究

以小麦秸秆为原料,在300℃和500℃下制备生物质炭（WS300和WS500）,对其性质进行表征,并研究其对Cr （VI）的吸附特性。结果表明随制备温度升高,生物质炭的C含量升高,缩合度增强,极性和亲水性减弱。WS500有更大的比表面积和孔容。Cr （VI）主要以HCrO₄^-和Cr₂O₇^2-的形态吸附在生物质炭表面。WS500有更为丰富的羟基、羧基、酯基等官能团,可与Cr （VI）发生络合、氧化还原等作用。Cr （VI）的吸附等温线更适合用Langmuir模型拟合,说明吸附主要是单分子层吸附。Cr （VI）在WS500上的吸附容量高于WS300。     

生物质炭对有机污染物的吸附及机理研究进展

生物质炭是一种利用废弃生物质材料在缺氧或厌氧环境中热化学转换制备的多孔级富碳固体材料。因其吸附能力强,制备原料来源广泛,生产成本低且环境友好等优点受到学术界越来越多的关注。探究生物质炭对有机污染物的吸附机理和规律,对于评估其环境行为和应用价值至关重要。着重综述了目前研究报道的生物质炭吸附有机污染物的吸附机理,包括分配作用、表面吸附作用和孔隙截留等。一般低温生物质炭对非极性有机物的吸附机制以分配作用为主,这种非竞争性吸附机理可以解释高浓度有机污染物在生物质炭上的吸附过程。表面吸附是一种非线性竞争性吸附作用,是有机污染物在生物质炭表面有效吸附位点上形成静电作用或通过氢键、离子建、π-π相互作用等结合的过程。孔隙截留是另一种生物质炭固定有机污染物的微观机制,有机污染物在孔隙内部的分配和吸附也是生物质炭吸附能力的重要体现。而在实际复杂的污染环境中,各类生物质炭对有机污染物的吸附过程需要多种机制共同解释。此外,本文对吸附机制的影响因素进行了分析和总结,生物质炭自身理化特性决定了其应用价值,生物质炭的性质与有机污染物的极性、芳香性和分子大小等相匹配才能更好地实现吸附固定,不同的吸附环境如吸附介质、p H和共存离子等也会对吸附机制和吸附效果产生影响。最后,文章进一步探讨了生物质炭吸附有机污染相关研究未来应着重解决的问题,以及生物质炭在有机污染土壤修复中的应用前景。     

水热炭化温度和时间对鸡粪生物质炭性质的影响

水热炭化被认为是极具潜力的安全处置与资源化利用鸡粪的技术措施之一。该研究将鸡粪在190和260℃水热炭化处理不同时间(1、6和12 h),收集并测定固体产物生物质炭特性,目的在于了解水热炭化反应温度和时间对鸡粪生物质炭特性的影响。结果表明,鸡粪经过水热炭化处理后,46%~56%的干物质转化为生物质炭,C、P质量分数分别增加了5%和59%以上,而H、O、N、K质量分数则分别降低了9%~18%、26%~65%、19%~37%和92%~97%。表面电荷量降低,p H值依变性也减弱,其中有效阳离子交换量降低了50%~90%。生物质炭中1~5μm孔隙显著减少,主要形成1和100μm左右的孔隙。总体来看,水热炭化反应温度越高,反应时间越长,这些指标提高或降低的幅度越大,生物质炭的炭化程度越高;比起反应时间,反应温度对生物质炭性质的影响更大。该文还讨论了鸡粪生物质炭作为土壤调理剂的应用价值与潜力,研究结果可为鸡粪生物质炭在土壤改良等方面的应用提供基础数据。     

制备方法对生物质炭外源磷吸附解吸的影响

探讨了制备温度、洗涤处理及颗粒粒径大小对芦苇秸秆生物质炭的外源磷吸附和解吸性能的影响。结果表明:600℃和350℃制备的生物质炭对磷的等温吸附曲线分别与Langmir和Fredulich方程有更高的拟合度,600℃制备的生物质炭对磷最大吸附量(1040.3～2194.6 mg kg-1)显著高于350℃制备的生物质炭(424.4～945.4 mg kg-1),但磷的解吸率(0.41～4.95%)显著低于350℃制备的生物质炭(6.66～13.89%);洗涤处理降低了生物质炭吸附磷的性能,且600℃制备的生物质炭降低幅度更大,但均提高生物质炭磷的平均解吸率;随着颗粒粒径减小,生物质炭吸附磷的性能有增强趋势。研究发现制备温度为600℃、未洗涤处理且颗粒粒径大于60目的生物质炭对磷吸附性能最好。     

生物质炭对茶园土壤水溶性氟吸附特性的影响

采用室内培养试验法对添加生物质炭的茶园土壤水溶性氟吸附特性进行了研究。结果表明,茶园土壤随生物质炭添加量增加对水溶性氟的吸附量和吸附率均逐渐降低,应用等温吸附Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程均能够较好地描述其吸附规律,其中以Freundlich方程拟合曲线最佳。随生物质炭添加量的增加土壤氟净吸附量逐渐降低。各处理土壤的氟吸附动力学过程包含吸附快反应和慢反应阶段,平衡时间小于120 min区间为吸附量快速上升期,平衡时间达到1 440 min后0.25%和0.50%生物质炭添加量处理土壤基本达到平衡状态。从双常数方程、Elovich方程和一级动力学方程拟合方程计算得到的理论吸附量与试验实测吸附量之间的符合程度较高,可准确描述添加生物质炭土壤对水溶性氟的吸附过程。添加生物质炭使土壤p H值升高与茶园土壤对水溶性氟最大吸附量、吸附强度和净吸附量的降低密切相关。     

不同电解质对牛粪生物质炭中腐殖酸吸附–解吸的影响

本文研究了NaCl、Na_2SO_4、Na_3PO_4 3种背景电解质对牛粪生物质炭中腐殖酸吸附和解吸的影响。结果表明:在这3种背景电解质作用下,牛粪生物质炭对腐殖酸的吸附量和吸附率随着加入液腐殖酸浓度的增加而增加,但是增加速度逐渐变缓。3种背景电解质相比,NaCl中牛粪生物质炭对腐殖酸的吸附量和吸附率均为最高,吸附量范围为0.13～6.10 mg/g,吸附率范围为25.40%～87.14%。随着加入液腐殖酸浓度的增加,吸附态腐殖酸的解吸量逐渐增加,解吸率逐渐减小。3种背景电解质相比,Na_2SO_4中牛粪生物质炭吸附的腐殖酸的解吸量最高,解吸量范围为0.15～0.78 mg/g。加入液腐殖酸浓度为140 mg/L,3种背景电解质中牛粪生物质炭吸附的腐殖酸的解吸量均达到最大值,解吸量的大小顺序为Na_2SO_4Na_3PO_4NaCl。Na_3PO_4对腐殖酸的解吸率影响最大,解吸率范围为17.24%～90.55%,NaCl对腐殖酸的解吸率影响最小,解吸率范围为8.22%～53.54%。用Langmuir拟合3种背景电解质中腐殖酸的等温吸附曲线和等温解吸曲线,其相关系数都达到显著水平。研究结果揭示了不同背景电解质对牛粪生物质炭吸附和解吸腐殖酸的影响,可为土壤保土保肥提供理论参考。     

稻壳基生物炭对生菜Cd吸收及土壤养分的影响

探讨稻壳基生物炭对Cd污染土壤上叶菜吸收Cd和土壤Cd形态的影响作用,明确稻壳基生物炭对土壤Cd污染的调控效应,可为合理利用稻壳基生物炭降低叶菜Cd含量提供参考。采用盆栽试验,研究了稻壳基生物炭在不同用量水平下对2茬生菜地上部Cd含量、土壤养分含量及Cd赋存形态的影响。结果表明,在5~25 g-kg-1用量范围内,稻壳基生物炭显著降低了2茬生菜地上部和根系Cd含量,且在最大用量25 g-kg-1时效果最好,地上部Cd含量分别比未施稻壳基生物炭的对照处理降低了19.6%和45.8%,根系Cd含量分别降低了36.8%和28.0%。在25 g-kg-1用量水平下,稻壳基生物炭对土壤p H、有效磷、速效钾及有机质含量提升效果明显,但显著降低了土壤碱解氮含量。施加稻壳基生物炭对土壤有效态Cd含量及Cd化学形态也有不同影响。随着稻壳基生物炭用量的增加,土壤NH4OAc提取态Cd含量和弱酸提取态Cd含量显著降低,在用量为25 g-kg-1时,分别比对照降低17.9%和10.4%,可还原态Cd含量无显著变化,可氧化态Cd含量呈减低趋势,残渣态Cd含量增加17.6%。因此推测,提升土壤p H、降低土壤有效态Cd含量、增加残渣态Cd含量可能是稻壳基生物炭降低生菜体内Cd含量的主要原因。稻壳基生物炭可以作为土壤改良剂,抑制Cd污染土壤上叶菜对Cd的吸收,改善土壤养分状况。     

干/湿法烘焙预处理对稻壳燃烧反应特性的影响

烘焙是提高生物质燃料性质的重要技术手段,探究干/湿法烘焙对稻壳热解燃烧反应特性的影响具有重要意义。该研究利用固定床与高压反应釜对稻壳进行了不同温度下的干法烘焙和湿法烘焙（水热碳化）预处理,并利用热重分析仪对稻壳、稻壳烘焙炭和稻壳水热炭开展了非等温燃烧反应特性分析,并且利用Coats?Redfern法与三种常见的气-固反应机理模型对样品的燃烧反应特性进行了动力学分析。最后,该研究对干法与湿法烘焙两种预处理方式对稻壳的热解燃烧反应特性的影响进行了比较。结果表明两种预处理方式对稻壳的热解与燃烧反应参数存在影响：均导致热解反应性降低,干烘焙提高稻壳燃烧反应性,且反应性随着干烘焙温度的提高而升高。但湿烘焙使稻壳燃烧反应性略有降低。在相同的预处理温度条件下,稻壳烘焙炭较稻壳水热炭具有更高的热解起始失重温度、更低的热解最大失重速率及其对应温度和热解反应性。对于稻壳、稻壳烘焙炭及稻壳水热炭的热解燃烧反应性,模型O1较其他两个模型的线性回归指数更高。干/湿法烘焙使稻壳热解活化能升高,而湿烘焙使燃烧活化能降低。此外,两个阶段样品的指前因子（A）均随活化能的增大而增大,二者间存在明显的线性关系（R2均大于0.95）,表明反应过程具有动力学补偿效应。     

稻谷壳制备石墨烯纳米片及结构表征

为了充分利用南方丰富的稻谷壳资源,制备附加值较高的石墨烯纳米材料。该文采用稻谷壳可再生资源经高温炭化、过筛、透析等工艺等制备活性炭,将其在高纯氩保护下高温催化石墨化后制备的石墨微晶作为石墨烯的新型碳源。应用具有较大离子半径的硫酸根离子(0.295 nm)为插层剂预处理该石墨微晶,经水热及微波工艺制备石墨烯纳米片。采用透射电镜、扫描电镜、原子力显微镜、红外光谱、拉曼光谱及X射线衍射(X-ray diffraction spectroscopy,XRD)等技术对样品进行了形貌、结构和谱学等表征。原子力图表明,该石墨烯纳米片厚度范围为0.8~1.75 nm,为单层或双层石墨烯;由红外光谱可以观察到1 550 cm-1左右的石墨烯特征碳碳双键骨架振动峰。但未观察到传统Hummers氧化及水合肼法常出现,与石墨烯氧化后缺陷度有关的3 000~3 600 cm-1之间峰及1 250 cm-1左右振动峰。XRD数据显示所制备材料在24.7°亦具有石墨烯特征峰。拉曼光谱分析则显示,该方法所制备材料的与石墨烯层数相关的2D峰峰高接近G带的2倍,而与石墨烯缺陷度有关的D带峰峰高较小。该方法可成功制备单层或双层石墨烯纳米片,研究结果为高效制备基于稻谷壳可再生资源的石墨烯开辟了一条新路。     

稻壳与煤混合燃烧特性试验

采用非等温热重法对稻壳、煤及其混合燃料进行燃烧试验,使用Flynn-Wall-Ozawa（FWO）和Kissinger- Akahira-Sunose（KAS）2种方法分析了样品的燃烧反应动力学参数,分析了掺混比、升温速率对燃烧特性参数的影响,探讨了燃烧过程中混合燃料成分间的协同效应。结果表明：混合燃料的点火温度与纯煤相比有明显降低,燃烧特性有明显改善,随着稻壳掺混比由10%升至70%,燃尽温度从730℃降低至650℃,燃尽程度也逐渐变大,失质量从86.1%增至91.5%,综合燃烧特性指数从2.153×10-8增加到1.183×10-7;随着升温速率的增加,混合燃料的燃尽温度和综合燃烧指数均会增大,但点火温度和燃尽程度几乎不变;稻壳与煤混合燃烧时组分间会发生协同作用,且随着稻壳掺混比的增加,协同效应参数逐渐增大,协同效应越来越明显;FWO和KAS法得到的煤的活化能分别为37.66和31.00 kJ/mol,稻壳的活化能分别为20.96和16.30 kJ/mol;混合燃烧过程中,活化能随着温度和转化比而改变,随着稻壳掺混比的增加呈现出先增大后减小的趋势。     

稻壳灰制备聚硅酸硫酸铝絮凝剂及其结构性能

为了进一步充分利用稻壳灰中的硅和碳,该文提出由稻壳灰制备水玻璃并进一步制备聚硅酸硫酸铝(poly aluminum silicate sulfate,PASS)絮凝剂,对PASS进行结构表征,并考察了PASS处理有机废水的絮凝效果。结果表明,由稻壳灰制备水玻璃,可通过碱处理稻壳灰获得模数为3.3的水玻璃并联产活性炭;再由上述水玻璃制备PASS。通过考察二氧化硅质量分数、铝硅摩尔比、p H值对其絮凝性能的影响,得到较佳工艺条件:二氧化硅质量分数7%,铝硅摩尔比1∶2,p H值为2.0,此条件下投量(以Al2O3计)60 mg/L时有机废水(油墨废水)的除浊率和脱色率分别为97.29%、94.26%,相同投量下处理有机废水(油墨废水和油脂废水),PASS的除浊率和脱色率高于聚合氯化铝(poly aluminum chloride)10%~20%左右;X射线衍射(x-ray diffraction)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer)的结构分析表明PASS是由硅和铝组成的无定型聚合物。研究结果为稻壳灰资源的应用开辟一条新途径,为絮凝剂的原料来源提供参考。     

稻壳发电残余物稻壳灰对有机物的吸附作用

为解决稻壳发电残余物——稻壳灰的利用问题,该文研究了稻壳灰在不同条件下对有机污染物的吸附作用。结果表明,稻壳灰在经过碱洗处理后,其对有机污染物的吸附性能明显提高。当溶液pH值小于7.0时,稻壳灰对有机污染物的吸附效果要好于pH值大于7.0时的吸附效果。该研究表明,稻壳灰经过碱洗处理后,可以用作吸附剂,吸附污水中的有机污染物,实现废物的再次利用。     

麦秸、稻壳及菌渣还田对设施菜地的青椒品质及产量的影响

针对设施菜地长期连作带来的土壤退化问题,研究不同种类农业废弃物(麦秸、稻壳及菌渣)还田对设施青椒光合色素含量、产量及品质的影响,以了解农业废弃物利用的可行性。结果表明:麦秸、稻壳及菌渣还田可以有效提高光合色素含量和抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性,降低丙二醛含量,其中叶绿素含量以菌渣处理(T3)最高,为1.045 3 mg/g FW;类胡萝卜素含量以稻壳+麦秸处理(T4)最高,为0.257 8 mg/g FW;Chl.a/Chl.b值、Chl.(a+b)/Car.值均以菌渣处理(T3)最大,分别为3.22、4.12。此外,农业废弃物还田可以有效抑制青椒果实中类黄酮和花青素色素的形成。菌渣处理(T3)下的果实可溶性糖与Vc含量最高,分别较对照处理(T7)增加81.20%、15.84%,可溶性蛋白质和游离氨基酸蛋白质含量分别以稻壳+麦秸处理(T4)、稻壳处理(T1)最高。结果还显示,多种农业废弃物配施的青椒产量低于单一施入;菌渣单施处理(T3)产量最高,达48 255.75 kg/hm~2。     

稻壳粉添加剂提高污泥的脱水效果研究

利用农业废弃物稻壳粉能有效提高污泥的脱水性能。该文研究了稻壳粉投加量对污泥脱水性能的影响及调理机理,同时分析稻壳粉调理对污泥滤液和脱水后污泥主要性质的影响,并进行技术经济分析。试验结果表明,稻壳粉的最佳投加量为70%污泥干质量(DS);在最佳调理条件下,与单独投加三氯化铁(FeCl_3,138.09g/kg)相比,污泥比阻降低了59.73%,污泥净产率提高了45.27%,污泥泥饼的含固率从13.99%提高到23.97%;扫描电镜结果表明,稻壳粉调理后的污泥泥饼具有不可压缩性和可渗透性,有利于污泥中水分的脱出;同时,稻壳粉的投加可有效降低滤液浊度和溶解性化学需氧量。因此,利用稻壳粉来调理污泥具有较大的潜力。     

提取方法对核桃青皮多酚提取效果的影响

为研究不同提取方法对核桃青皮多酚提取效果的影响,以乙醇为提取溶剂,分别采用溶剂提取法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法、六偏磷酸钠（SHMP）辅助提取法提取核桃青皮多酚。研究结果表明：在试验条件下不同提取方法对核桃青皮的影响效果不同,其中SHMP辅助微波提取法效果最好,得率为4.01?mg/g,高于对照溶剂提取法的73.4%。因此,SHMP辅助微波提取方法是一种新型高效的核桃青皮多酚提取方法。