小麦秸秆生物炭对铅离子的吸附性能及小白菜中铅累积含量的影响

为探究小麦秸秆生物炭对重金属铅的吸附性能及吸附后对重金属的固定效果,开展了240℃热解小麦秸秆制备的生物炭对铅离子的吸附性能和对土壤中铅离子的固定效应及小白菜中铅累积含量的影响试验。结果表明,小麦秸秆生物炭对铅离子以化学吸附为主要过程,在298.15 K和323.15 K条件下的平衡吸附量分别为45.02 mg/g和51.05 mg/g;通过小白菜种植试验,生物炭在土壤中添加量大于1%时,小白菜含铅量小于0.1 mg/kg,且小白菜中铅含量随着生物炭用量的增加而减少,为解决铅离子污染的土壤问题提供了基础数据。     

生物炭/凹凸棒石复合材料对铅镉的吸附

为探讨生物炭/凹凸棒石复合材料对废水中重金属的吸附效果与作用机理,以水稻、小麦秸秆与凹凸棒石为原料,在缺氧条件下热解制备生物炭/凹凸棒石复合材料。通过批量吸附实验研究时间、浓度及pH等因素对复合材料吸附溶液中Cd²⁺和Pb²⁺的影响,利用SEM、BET、XRD、FTIR等方法对吸附前后的复合材料进行表征分析,从定性和定量的角度分析其作用机理,明确主导吸附机制。结果表明：准二级动力学和Langmuir等温模型更符合复合材料对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附过程。与原始生物炭和凹凸棒石相比,水稻秸秆与凹凸棒石比例为5∶1时制备的复合材料RABC5-1和小麦秸秆与凹凸棒石比例为3∶1时制备的复合材料WABC3-1具有更好的吸附效果,对Cd²⁺的最大吸附量分别为132.97 mg·g^-1与132.39 mg·g^-1,对Pb²⁺的最大吸附量分别为222.60mg·g^-1与220.55 mg·g^-1。机理分析表明,复合材料对Cd²⁺和Pb²⁺的吸附机理主要包括沉淀作用、官能团络合作用、离子交换作用和阳离子-π作用。定量分析进一步证明,沉淀作用在RABC5-1、WABC3-1吸附Cd²⁺的过程中所占比例分别为84.6%、77.3%,在吸附Pb²⁺的过程中所占比例分别为82.0%、78.3%,是复合材料吸附重金属的主要机理,其次为阳离子交换作用,官能团络合作用和阳离子-π作用对吸附的整体贡献率较小。研究表明,复合材料RABC5-1与WABC3-1具有良好的吸附Cd²⁺和Pb²⁺的性能,是一种极具潜力的吸附材料,且沉淀作用是复合材料吸附重金属的主导机制。     

生物炭对鸡粪堆肥过程中氨气排放的影响

通过鸡粪与玉米叶共堆肥试验,研究小麦秸秆生物炭、稻壳生物炭对共堆肥过程中碳氮比(C/N)、铵态氮(NH_4~+-N)及氨气(NH_3)挥发的影响。堆肥中2种生物炭分别以干质量分数的5%、10%、15%添加,结果表明,在堆肥过程中,添加3种比例的小麦秸秆生物炭处理(B_1、B_2、B_3)、稻壳生物炭处理(B_4、B_5、B_6)堆体的C/N减少量比对照的C/N减少量分别多0～2、2～4;NH_3排放浓度较比照分别降低了63.75%、78.44%、91.50%和70.13%、80.75%、92.63%。另外,在堆体NH_3排放高峰期,添加生物炭堆体的NH_4~+-N含量均明显低于对照,且NH_4~+-N含量随生物炭添加量的增加而减少。由结果可知,生物炭的添加可以降低堆肥过程中NH_3的挥发并促进保氮过程,且比表面积更大的稻壳生物炭对抑制NH_3排放的效果更好。     

生物炭老化及其对重金属吸附固定的影响研究进展

生物炭是生物质在限氧条件下通过高温热解得到的富碳固体,其丰富的含氧官能团、较大的比表面积、高度的芳香性结构等特性,使得生物炭对重金属具有很好的固定作用,因此,生物炭在重金属污染土壤的修复方面具有良好的前景。目前关于生物炭的研究大多集中在新制备的生物炭对重金属污染土壤的短期修复,但生物炭进入土壤后,随着时间的推移,会受到各种地球自然力的作用,逐渐发生老化,老化过程会对生物炭的物理化学性质和吸附性能产生不可忽视的影响。本文系统性地综述了国内外生物炭老化方法以及老化处理对生物炭理化性质、重金属吸附性能和生物有效性的影响等方面的研究进展,阐明当前生物炭老化研究现状,并对未来生物炭老化研究的发展方向提出建议,以期为重金属污染土壤的长期修复提供理论支撑。     

核桃壳生物炭吸附水中铀的研究

以核桃壳为原材料,采用高温裂解法制备成核桃壳生物炭;通过扫描电镜、能谱分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线衍射仪对核桃壳生物炭的结构表征;通过吸附试验,探讨初始U(VI)浓度、pH、反应时间和温度对核桃壳生物炭吸附U(VI)的影响.结果表明,核桃壳生物炭表面光滑,所包含的元素主要是C、O、K和Ca;其表面含有大量的官能团,这将有利于其吸附.Langmuir吸附等温模型和伪二级动力学方程能更好地模拟核桃壳生物炭对U(VI)的吸附过程.     

小麦秸秆生物炭对小白菜中铅累积含量的影响

考察了240℃热解小麦秸秆制备的生物炭对铅离子的吸附性能及对土壤中铅离子的固定效应。结果表明,小麦秸秆生物炭对铅离子以化学吸附为主要过程,298.15K和323.15K下的平衡吸附量分别为45.02 mg/g和51.05 mg/g;通过小白菜种植实验,生物炭在土壤中添加量大于1%时,小白菜含铅量小于0.082mg/kg,且小白菜中铅含量随着生物炭用量的增加而减少,为解决铅离子污染的土壤问题提供了基础数据。     

花生壳生物炭去除水中铅镉离子的性能及吸附机理研究

以农业废弃物花生壳为原料,分别探讨了高热解温度下所得花生壳生物炭对单一溶液及混合溶液中铅镉离子的去除性能,并借助XRD对该过程的去除机理进行了分析。结果表明：热解温度为700 ℃的花生壳生物炭具有较高的比表面积及孔容,其对初始pH为3.5～5的铅镉溶液表现出优良的去除性能;当铅镉离子的初始浓度均为150 mg/L、固液比为1∶100、初始pH为4、吸附时间为24 h时,花生壳生物炭对Cd^{2 +} 的去除率超过80%,对Pb^{2 +} 的去除率达到99.04%;当铅镉离子共存时,溶液中的Cd^{2 +} 对Pb^{2 +} 的去除率几乎无影响,但Pb^{2 +} 却会显著抑制花生壳生物炭对Cd^{2 +} 的吸附;花生壳生物炭对水中铅镉的去除过程平衡吸附时间为960 min,过程满足拟二级动力学模型、Freundlich等温线方程,平衡吸附容量可达57.23、17.75 mg/g。花生壳生物炭对水中铅镉离子的去除过程主要为化学沉淀作用,其包括铅镉氢氧化物沉淀的生成及其向铅镉碳酸盐的转化。     

温度对生物炭吸附重金属特性的影响研究

为探究温度条件对生物炭吸附重金属离子特性的影响,采用吸附试验研究25、45和65 ℃ 3种温度条件下生物炭对单一重金属离子溶液和多种重金属离子混合溶液的吸附能力变化.结果表明:生物炭对4种重金属的吸附均可采用Langmuir和Freundlich方程进行描述;温度是影响生物炭吸附重金属的重要因素,生物炭对Cu的吸附能力...     

水稻秸秆生物炭和猪粪生物炭对镉的吸附性能

以猪粪和水稻秸秆为原料,在300 ℃和600 ℃的条件下制备生物炭,研究其对Cd²⁺的吸附性能,分析溶液初始pH值、吸附时间和Cd²⁺浓度对吸附的影响。结果表明:溶液初始pH值对生物炭吸附Cd²⁺有影响,当pH值从2.0升高至7.0时,生物炭对Cd²⁺的吸附量表现为先升高后趋于稳定。生物炭对Cd²⁺的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地拟合(R²>0.99)。水稻秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附约4 h达到平衡,而猪粪生物炭吸附对Cd²⁺的吸附约6 h达到平衡。生物炭对Cd²⁺的等温吸附过程可用Langmuir方程较好地拟合(R²>0.95),生物炭对Cd²⁺的吸附量随着热解温度的升高而增加,600 ℃制备的水稻秸秆生物炭的吸附量最大,达到59.84 mg·g^-1。     

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。     

铁改性生物炭对磷的吸附及磷形态的变化特征

利用农作物残体小麦秸秆为原料制备生物炭,并用氯化铁溶液改性,考察了改性后生物炭元素组成和表面官能团的变化、改性和吸附后生物炭中磷形态变化特征以及溶液初始pH的影响,分析了铁改性生物炭对磷的吸附机理。结果表明,生物炭经氯化铁溶液改性后C的质量分数大幅下降,O和Fe的质量分数大幅上升;表面的羧基含量增加,碱性官能团含量显著降低。铁改性使生物炭对磷的吸附平衡时间由改性前的60 min增至120 min;铁改性后,生物炭的理论最大吸附量为10.1 mg·g-1,是改性前的19.4倍。改性前生物炭对磷的吸附主要是物理吸附,表现为交换态磷含量大幅增加,占吸附总量的82.1%;而铁改性生物炭主要是化学吸附,表现为铁结合态磷的增幅最大,占吸附总量的66.7%,交换态磷仅占26.6%。随溶液初始pH的增加,铁改性生物炭对磷的去除率先增加后下降,pH=7时去除率最高,去除率随pH的变化与交换态磷含量密切相关;随着pH升高,铁结合态磷有向闭蓄态磷转化的趋势。     

四种有机物料对Pb2+的吸附特性

为研究不同有机物料的性质特征以及对重金属离子的吸附能力,选用四种农林废弃物或其加工产物(锯末生物炭、玉米秸秆、鸡粪、食用菌菌渣),利用SEM、FTIR等方法对其形态和官能团进行表征,并通过对Pb~(2+)的批量吸附试验,考察了pH、时间、溶液初始浓度对吸附量的影响。结果表明,四种材料均能够有效吸附Pb~(2+),但吸附特性有一定差异。生物炭、秸秆、鸡粪最佳pH为5,且受pH影响较大;菌渣最佳pH为2,受pH影响不大。25℃、pH 5时四种材料均能较快地达到吸附平衡,且吸附量随时间的变化数据均符合准二级动力学模型,吸附量随初始浓度的变化数据均能较好地拟合Langmuir等温方程,其中生物炭的饱和吸附量远高于其他三种材料,达到411.52 mg·g~(-1),秸秆、鸡粪、菌渣的饱和吸附量分别为40.90、41.82、115.65 mg·g~(-1)。     

稻草生物炭对甲磺草胺和二氯喹啉酸吸附的影响

以弱酸性除草剂甲磺草胺和二氯喹啉酸为研究对象,研究稻草生物炭对这2种除草剂的吸附特征的影响。结果表明,当在土壤中添加稻草生物炭后,土壤对甲磺草胺、二氯喹啉酸的吸附都显著增加。Friendrich方程能更好地拟合稻草生物炭本身对甲磺草胺的吸附等温线,R^2从线性拟合的0.976增加到0.987,Kfads为133.4 mg^1-1/nkg^-1L^1/n。线性方程和Friendrich方程均能很好拟合二氯喹啉酸的吸附等温线,Kd为218.6 L/kg。     

稻草生物炭对甲磺草胺和二氯喹啉酸吸附的影响

以弱酸性除草剂甲磺草胺和二氯喹啉酸为研究对象,研究稻草生物炭对这2种除草剂的吸附特征的影响。结果表明,当在土壤中添加稻草生物炭后,土壤对甲磺草胺、二氯喹啉酸的吸附都显著增加。Friendrich方程能更好地拟合稻草生物炭本身对甲磺草胺的吸附等温线,R2从线性拟合的0.976增加到0.987,Kfads为133.4 mg1-1/nkg-1L1/n。线性方程和Friendrich方程均能很好拟合二氯喹啉酸的吸附等温线,Kd为218.6 L/kg。     

生物质炭的制备工艺参数与吸附性能分析

生物质炭的理化性质主要受生物质炭的原材料和制备条件如温度、热解时间的影响。在预备性试验基础上,采用正交实验法对生物质炭的制备工艺参数进行工艺研究。根据生物质炭的特性,分析了稻壳,油茶内壳,鸡粪3种原料在不同热解时间和热解温度的组合上对制得生物质炭液相吸附性能的影响。结果表明,在试验设计取值范围内,原料种类对生物质炭吸附性能的影响较显著,其次热解温度,最后是热解时间。因此在此实验条件下,就生物质炭的液相吸附性能而言,较佳的制备工艺参数为:原材料为鸡粪,热解温度为700℃,热解时间为2 h。研究结果对提高生物质炭的经济效益和环境效益具有一定的参考意义。     

磷酸活化核桃壳炭制备及吸附罗丹明B的研究

以核桃壳为原料,采用H₃PO₄活化法制备了核桃壳炭（WSBC）用于去除水溶液中的罗丹明B（RhB）,应用FTIR、XRD、SEM和BET等技术对WSBC进行物相表征,利用UV–vis跟踪吸附过程,分析了H₃PO₄浓度、焙烧温度、吸附温度、投加量、溶液pH、RhB初始浓度对WSBC吸附性能的影响。结果表明：物相表征方面,制备的WSBC具有良好的孔隙结构,其表面具有丰富的官能团,吸附RhB前后,晶相无明显改变。吸附活性方面,采用0.5 mol/L的H₃PO₄溶液活化,600 ℃焙烧2 h制备的WSBC,在20 ℃,初始RhB浓度10 mg/L,投加量0.2 g,吸附时间60 min,RhB的吸附率为90%。WSBC吸附RhB过程符合准二级动力学方程,RhB在WSBC上的吸附遵循Langmuir吸附模型,最大理论吸附量为12.61 mg/g。     

不同培养条件下生物炭对磷吸附解吸能力的影响

将350℃和600℃2种不同裂解温度下的芦苇秸秆生物炭作洗涤和未洗涤处理后,与巢湖十五里河河口湿地土壤进行网隔培养,培养的水分处理分为:淹水、干湿交替和75%田间持水量,共得到12个样品。对培养后生物炭进行磷素吸附-解吸实验,采用Langmuir和Freundlich吸附模型分析处理3种水分培养后的生物质炭对磷的吸附-解吸差异。结果表明:吸附量均随磷平衡浓度的增加而增大,且淹水的吸附量远远大于75%田间持水量。Langmuir和Freundich方程均能很好地描述12种不同处理的生物质炭对磷的等温吸附过程。淹水的各个拟合参数均高于干湿交替和75%田间持水量。解吸量均随添加磷浓度的增大而增大,解吸率随添加磷浓度的增加而减少。淹水的解吸量和解吸率均高于干湿交替和75%田间持水量。