不同改性生物炭对溶液中Cd的吸附研究

为研究生物炭对溶液中重金属Cd的吸附去除效果,进一步提升生物炭对Cd的吸附性能,以玉米芯、玉米秸秆、木屑为原料,分别在400℃、500℃、600℃和700℃密闭缺氧条件下热解制备生物炭,通过微波改性、Na OH改性方法对生物炭进行改性处理,研究初始浓度、溶液p H、吸附时间等因素对生物炭吸附Cd效果的影响,筛选出适合用于处理镉污染水体的生物炭品种。结果表明:当Cd浓度为100 mg/L时,玉米秸秆-600℃-Na生物炭(B-6-Na)对Cd的吸附可用Langmuir方程拟合,吸附量可达78.7 mg/g,去除率为78.7%,基本达到吸附平衡的时间为60~120 min;当溶液p H达到7时,三种生物炭对Cd吸附率均超过80%以上;600℃条件下经Na OH溶液改性制备的玉米秸秆生物炭能够更好地吸附溶液中的Cd。该研究结果为制备对污染物具有高效、深度净化功能的生物炭方法提供参考,在深入研究生物炭在重金属Cd污染修复的可行性方面提供理论支撑。     

不同生物质来源生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附特性

以水稻秸秆、小麦秸秆、荔枝树枝为原料,在300、400、500、600℃下制备生物炭,并表征其理化性质,考察热解温度、初始p H、矿物组分等因素对生物炭吸附Pb(Ⅱ)的影响。结果表明,不同热解温度对水稻和小麦秸秆炭吸附Pb(Ⅱ)的影响很小,而荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附量随热解温度升高而显著增大。在p H3.0~6.0的范围内,三种生物炭对溶液中Pb(Ⅱ)的吸附量呈上升趋势;在25℃时,三种生物炭的等温吸附曲线符合Freundlich吸附模型,荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附效果最佳。三种生物炭吸附Pb(Ⅱ)的主导机制可能是其与矿物组分的共沉淀作用,而荔枝树枝生物炭还可能存在Pb(Ⅱ)与-OH、-COOH之间的离子交换作用,C=C键中的π电子在吸附过程中也有一定的贡献。     

甘蔗渣炭对磷的吸附研究

以甘蔗渣为原料,在450℃条件下限氧制备甘蔗渣生物质炭,用于水中磷的吸附。研究了pH、溶液初始含磷量和吸附时间对甘蔗渣炭吸附磷的影响,并通过FTIR、等温吸附线和吸附动力学研究进一步讨论了其吸附机理。结果表明甘蔗渣制备成甘蔗渣炭后对磷吸附效果提升显著,在温度为25℃、甘蔗渣炭投加量为0.05 g条件下,当含磷溶液pH为6、含磷废水浓度150 mg/L和吸附时间120 min时,磷吸附容量达到最大,为68.24 mg/g。等温吸附线研究说明甘蔗渣炭对磷的吸附过程使用Freundlich等温吸附方程描述更准确,吸附动力学研究表明甘蔗渣生物质炭吸附磷的动力学特性可以使用Lagergren准二级动力学进行描述。红外扫描结果表明甘蔗渣制备成甘蔗渣炭后表面功能性基团发生了改变。     

稻草生物质炭对3种可变电荷土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响

按土重的3%和5%向采自海南和广西的3种可变电荷土壤中添加由稻草制备的生物质炭,混合培养30d后用一次平衡法研究了生物质炭对土壤吸附Cd(Ⅱ)的影响及其与土壤表面电化学性质的关系,旨在阐明生物质炭促进可变电荷土壤吸附和固定Cd(Ⅱ)的机制。结果表明,添加稻草炭显著提高了3种土壤的阳离子交换量(CEC)和土壤pH,并使土壤胶体Zeta电位向负值方向位移。因此,添加稻草炭增加了土壤表面的负电荷量,土壤表面对Cd(Ⅱ)的吸附容量增强,使3种可变电荷土壤对Cd(Ⅱ)的吸附量增加,且Cd(Ⅱ)吸附量的增幅随稻草炭添加水平的提高而增加。Freundlich方程和Langmuir方程可以拟合3种土壤对Cd(Ⅱ)的吸附等温线,但Freundlich方程拟合效果更好,该方程表征吸附容量的参数k也随着稻草炭添加水平提高而增大。研究表明在pH3.0～5.0范围内,稻草炭均增加土壤对Cd(Ⅱ)的吸附量。添加稻草炭提高土壤pH,促进Cd(Ⅱ)的吸附,因为Cd(Ⅱ)的吸附量随pH升高而增加。解吸实验表明,添加稻草炭处理Cd(Ⅱ)的解吸量高于对照处理,说明生物质炭提高了土壤对Cd(Ⅱ)的静电吸附量。     

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。     

生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响

为了探讨生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响,减少黑土中硝态氮的淋失、提高氮肥利用率以及为农业废弃物资源化利用提供理论依据,采用培养试验,应用Langmuir方程和Freundlich方程,研究了添加不同来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和不同添加比例(0.6%、1.2%、3.6%、6%)生物质炭对黑土中硝态氮(NO_3~--N)的吸附和解吸特征。结果表明,施用生物质炭可增加黑土对NO_3~--N的吸附量,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的吸附量最大;施用玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最大(实际最大吸附量为0.929 mg·g~(-1)),施用松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最小(实际最大吸附量为0.578 mg·g~(-1))。施用生物质炭可降低黑土对NO_3~--N的解吸率,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的解吸率最低;添加玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最低,添加松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最高。不同生物质炭对NO_3~--N的吸附能力表现为玉米秸秆稻壳松木;对其解吸能力表现为玉米秸秆稻壳松木。生物质炭及添加生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附过程符合Langmuir方程。     

水稻秸秆及其厌氧消化残渣生物炭对Cd (Ⅱ)吸附性能研究

为了寻求水稻秸秆(RS)及其厌氧消化物(DRS)新型的资源化利用途径,采用慢速热解在500℃下制备生物炭(RS500和DRS500)。在对生物炭形貌结构、元素组成、电导率、pH和表面官能团等理化性质及其热稳定性研究的基础上,考察RS500和DRS500去除Cd(Ⅱ)的性能,探讨了潜在的去除机理。结果表明,相比于RS500,经厌氧消化后,DRS500的C、H、O含量下降,而N的含量上升,非极性增大,电导率及比表面积下降,且热重分析显示DRS500热稳定性更好。RS500对Cd(Ⅱ)吸附在12 h达到平衡,而DRS500在48 h仍不能达到平衡。增加pH有利于RS500的吸附,但不利于DRS500的吸附,且吸附过程均为吸热反应。Langmuir模型对Cd(Ⅱ)吸附结果拟合较好,RS500和DRS500对Cd(Ⅱ)吸附符合二级动力学,表明RS500和DRS500主要通过化学作用对Cd(Ⅱ)进行吸附。表面官能团(-OH、C=O、Si-O-Si和C-H等)对Cd(Ⅱ)的吸附起重要作用。     

贝壳粉对Cd(Ⅱ)的吸附性能研究

为了研究贝壳粉对Cd~(2+)的吸附性能及最佳吸附条件,采用静态吸附实验研究了Cd~(2+)初始浓度、吸附剂用量、温度、pH、吸附时间以及离子强度对贝壳粉吸附Cd~(2+)性能的影响。结果表明:在不同Cd~(2+)初始浓度下,随着吸附剂用量的增加,贝壳粉对Cd~(2+)的吸附量呈现出先强烈吸附后逐渐缓和的趋势,符合准一级动力学模型和准二级动力学方程。Temkin和Langmuir模型均能较好地描述贝壳粉对Cd~(2+)的等温吸附过程,约30 min达到平衡,为自发的吸热反应,最大饱和吸附量为161.75 mg·g~(-1)。随着溶液pH值增加,贝壳粉对Cd~(2+)的吸附性能也随之增大,当pH≥5时趋于稳定。随着Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度增大,贝壳粉对Cd~(2+)的吸附性能逐渐减弱,最大降幅分别达到15.19%和14.44%。     

改性水稻秸秆对Cd(Ⅱ)的吸附性能

采用琥珀酸溶液活化法制备改性水稻秸秆,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)和傅里叶红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer,简称FT-IR)对改性前后样品的组成、形貌进行表征,对比了秸秆改性前后的结构和成分变化。采用静态吸附试验,研究初始pH值、吸附剂添加量和吸附时间对二价镉Cd(Ⅱ)吸附性能的影响。结果表明,改性后水稻秸秆形貌无明显变化,但组成成分有一定变化,其中羧基数量增加。在一定范围内增大改性水稻秸秆用量、溶液pH值和吸附时间有助于提高改性水稻秸秆对Cd(Ⅱ)的吸附量,吸附动力学可用拟二级动力学方程描述,等温吸附模型符合Langmuir方程。     

椰衣和椰壳生物质炭的制备及其对溶液中Pb~(2+)的吸附

以椰衣和椰壳作为原材料,在300、500和700℃条件下热解制备生物质炭,表征其物理化学性质;同时,研究所制备的生物质炭对溶液中Pb~(2+)的吸附特征与机制.结果表明:随着热解温度升高,所制备的生物质炭的含氧官能团减少,灰分、pH值、阳离子交换量、比表面积和碱性官能团的含量随之升高.热解温度升高可促进生物质炭对Pb~(2+)的吸附;Langmuir模型可较好地描述所制备的生物质炭对Pb~(2+)的等温吸附;在供试的6种生物质炭中,吸附量最高的是在700℃条件下制备的椰衣生物质炭,且优于大多数已报道的用其他材料制备的生物质炭.拟合发现,所制备的生物质炭的阳离子交换量和灰分含量是影响其吸附Pb~(2+)的重要因子,在初始Pb~(2+)质量浓度为200mg/L条件下,椰衣生物质炭对Pb~(2+)的稳定吸附量为9.83~13.91mg/g,椰壳生物质炭为9.68~25.16mg/g.这表明椰壳生物质炭吸附态Pb~(2+)比椰衣生物质炭吸附态Pb~(2+)更稳定.     

木薯渣基生物质炭对土壤中阿特拉津 吸附特性的影响

以木薯渣为前驱物,采用持续升温限氧法制备了不同温度(350、550、750益)的生物质炭(BC350、BC550 和BC750),并对其结构和成分进行了表征。基于guideline106 批量平衡法,研究了生物质炭对砖红壤中阿特拉津吸 附行为的影响。结果表明,阿特拉津的吸附动力学是一个先快后慢的过程,生物质炭施用可缩短阿特拉津达到吸 附平衡的时间,施入量越多,达到饱和的时间越短。施入量相同条件下,最早到达平衡的处理是BC750,BC550 次 之,BC350 最后达到饱和。伪二级动力学方程能较好地描述生物质炭对砖红壤中阿特拉津的吸附动力学特性（R2> 0.864）。阿特拉津在生物质炭土壤中的吸附等温线表现为非线性,分配作用和表面吸附作用联合是主要机制。在土 壤中添加3%和5%BC750 的处理用Temkin 方程拟合最佳,其余处理均符合Langmuir 方程和Freundlich 方程。logKF 值随着生物质的量增加而逐渐增大。对于不同温度制备的生物质炭,logKF 的大小顺序表现为BC750>BC550> BC350,说明土壤中阿特拉津的吸附能力与生物质炭的热解温度有关。此外,阿特拉津的吸附-解吸过程存在明显 的滞后现象,滞后系数HI 均大于1,且表现为BC750>BC550>BC350。因此,土壤中阿特拉津的风险评价和修复需 考虑滞后现象。     

不同体系中不同土壤对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)吸附能力的比较

用等比例和不等比例2种方式比较了长江三角洲和珠江三角洲地区4种水稻土和1种红壤对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)3种重金属离子的单一吸附和竞争吸附情况。结果表明,在不等比例下(Cu∶Pb∶Cd=10∶10∶1),无论是在单一体系还是在竞争条件下,4种水稻土对Pb(Ⅱ)的吸附量均大于其对Cu(Ⅱ)的。在等比例下(Cu∶Pb∶Cd=1∶1∶1)水稻土对3种重金属的亲和力的相对大小为:Pb>Cu>Cd。在红壤体系中,低pH(pH4.2)时土壤对3种重金属离子的吸附亲和力的大小顺序与水稻土相同,但在较高pH时(pH5.2)其顺序为Cu>Pb>Cd。这一变化与红壤对Cu的吸附量随pH的增加幅度大于对Pb的有关。竞争条件下土壤对重金属离子的吸附量均比单一体系中的低,在等比例竞争条件下土壤对Cu和Pb的吸附量的减小幅度比不等比例条件下更大。红壤在pH4.2时对3种重金属离子的吸附量比水稻土中的低得多,但在pH5.2时红壤对重金属离子吸附量的增幅又比水稻土中的大得多。表明土壤无机矿物在重金属吸附中起主导作用,土壤的粘土矿物组成和CEC的大小对重金属吸附有重要影响。     

木屑和稻秆基生物质炭对汞的吸附特性比较

在600℃热解条件下制得木屑和稻秆两种生物质炭,用于比较不同类型的生物质炭对水溶液中重金属Hg(Ⅱ)的吸附特性,通过分析溶液p H值、吸附剂投加量和吸附时间对吸附的影响,探讨了其吸附动力学行为和汞的去除机理。实验结果表明,溶液p H值为5时,两种生物质炭对溶液中Hg(Ⅱ)的去除效果最佳;等温线数据能较好地拟合Langmuir方程,假二阶动力学方程则能较好地描述吸附动力学过程,由粒子内扩散模型分析可知两种生物质炭的吸附过程均受内扩散和膜扩散共同控制。SEM-EDS分析结果表明,生物质炭对Hg(Ⅱ)的吸附机制涉及离子交换作用,同时还可能包括还原作用和生物质炭羟基与羧基与汞的络合作用。     

甘蔗渣生物炭对水体铬吸附反应研究

【目的】探究甘蔗渣生物炭对铬(Cr)的最佳吸附条件和吸附机理。【方法】在N_2保护和350、450、550℃3种温度条件下制备甘蔗渣生物炭,通过扫描电镜(SEM)比较炭化前后甘蔗渣外观的变化,通过批量处理试验研究制备温度、用量、Cr初始质量浓度、吸附时间等因素对甘蔗渣生物炭吸附Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的影响。【结果】甘蔗渣生物炭孔隙度随制备温度的升高而增大。制备温度越低,对Cr(Ⅵ)去除效率越高,当Cr(Ⅵ)质量浓度和炭用量分别为50 mg/L和15 g/L时,反应7 d后,350℃制备的生物炭对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为5.703 mg/g,去除率可达92.39%;制备温度越高,对Cr(Ⅲ)去除效率越高,当Cr(Ⅲ)质量浓度和炭用量分别为75 mg/L和10 g/L时,反应7 d后,550℃制备的生物炭对Cr(Ⅲ)的最大吸附量为9.158mg/g,去除率达97.06%。甘蔗渣生物炭对Cr吸附等温线可用Langmuir模型拟合,Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)吸附动力学曲线分别符合拟一级和拟二级反应动力学模型。【结论】不同温度下制备的甘蔗渣生物炭对不同价态Cr的吸附具有选择性,其中350℃制备的生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附效率最高,而550℃制备的生物炭对Cr(Ⅲ)的吸附效率最高。     

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。     

生物炭对溶液中钾离子吸附特性研究

本研究分别选用小麦秸秆、小麦玉米混合秸秆作为原料,在350℃下限氧控温热解分别制成生物炭,将两种原生物炭经水洗释放钾素后得到的两种水洗生物炭作为吸附剂,采用吸附模拟实验,研究两种水洗生物炭对溶液中钾离子的吸附特性,并采用傅里叶红外光谱技术(FTIR)和扫描电镜技术(SEM)分析生物炭吸钾前后表面官能团和形貌结构的变化。结果表明:由红外光谱谱图和扫描电镜结果可知,生物炭表面具有明显的多孔隙结构及丰富的含氧官能团,使其能通过物理和化学过程吸附钾离子。由吸附等温线可知,两种生物炭对钾离子的吸附量随平衡浓度增加而增加,呈现非线性过程,可用Frendlich方程对吸附曲线进行拟合,且不同原料制备的生物炭对钾离子的吸附能力不同。综上所述,生物炭具有良好的钾素吸附性能,在农田系统中可作为钾素淋溶控制材料。     

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.     

污泥基生物质炭的制备及其对水中铜的吸附研究

以城市污泥为原料,采用热解法制备生物质炭,以水体中Cu~(2+)为吸附目标,探究了活化剂浓度、浸渍比、浸渍时间、炭化温度及炭化时间对污泥基生物质炭制备的影响,并对最佳条件下制备的污泥基生物质炭进行了吸附等温线及吸附动力学分析。结果表明:污泥基生物质炭的最佳制备条件是活化剂浓度为15%,浸渍比为1∶1,浸渍时间为4 h,炭化温度为750℃,炭化时间为40 min。吸附过程符合准二级反应动力学模型,等温吸附曲线遵循Freundlich等温线模型,说明污泥基生物质炭对Cu~(2+)的吸附为多层吸附。     

农作物秸秆基生物质炭的制备及其吸附性能研究

<正>我国早期对污染防治并不重视,直到上世纪七八十年代才开始进行污水处理的相关事业,这使得我国污水处理事业具有起步晚、发展快的特点。在改革开放后的三十余年中,我国的污水处理事业有了长足进步。虽然如此,我国污水处理事业的发展还是难以平衡人口高速发展和快速的工业化以及城镇化带来的巨大压力,总体上来讲,我国的污水发展还处在初级阶段,仍有很多制约因素妨碍其发展[1-3]。亚甲基蓝(Methylene blue)作为一种阳离子染料,是典型的水溶性印染剂,在众多行业有广泛使用[4,5]。     

水华蓝藻生物质与底泥混合物对溶液中Cd的吸附作用

[目的]研究水华蓝藻生物质与洞庭湖底泥混合物对水体中Cd“的吸附作用.[方法]将水华蓝藻生物质与洞庭湖底泥混合,研究混合物在不同pH、不同起始浓度、不同温度、不同吸附时间以及不同混合物比例下对Cd的吸附性能,并进行了解吸附试验.[结果]混合物对Cd2+的最大理论吸附量是4.16 mg/g,在pH =4～5时吸附效率较差,在pH =6～8时混合物对Cd保持良好的吸附效率.Cd的吸附在2h内基本完成,并且较符合一级动力学方程.而温度对混合物吸附Cd的效率并无太显著的影响.吸附过程较符合Freundli-ch方程式的拟合.解吸附试验说明,混合物对Cd的吸附主要是通过离子交换和表面络合的方式.[结论]由于蓝藻水华具有巨大的生物量,其在去除水体中重金属方面具有广阔的应用前景.