生物改性玉米秸秆处理含铜废水的研究

为解决水体中铜离子污染治理及玉米秸秆资源化利用等问题,以黑曲霉为改性菌剂,采用固态发酵法改性玉米秸秆,制备出复合生物吸附剂。采用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）表征改性玉米秸秆,同时对吸附剂的投加量（0.05~0.30 g）、溶液初始浓度（10~200 mg·L^-1）、溶液初始pH（1.0~6.0）以及动力学和等温吸附线进行了研究。结果表明,通过黑曲霉固态发酵法改性后的玉米秸秆对Cu（Ⅱ）的饱和吸附量为33.6 mg·g^-1,是天然玉米秸秆的2.65倍。FT-IR和SEM表征结果显示,改性材料表面空隙增多,更为粗糙,更多的活性基团得以暴露,这为吸附性能的提高提供了依据。改性玉米秸秆对Cu（Ⅱ）吸附30 min后达平衡,可用准二级动力学模型较好地拟合,吸附等温线符合Langmuir方程,该吸附过程以单分子层吸附为主。利用黑曲霉固态发酵技术改性玉米秸秆,是一种快速资源化处理玉米秸秆的方法。     

改性玉米秸秆吸附处理含Cu废水

以玉米秸秆为原料,采用微波加热-氯化锌活化法进行改性,探讨了吸附剂投加量、pH值、温度等因素对废水中Cu去除率的影响.结果表明,吸附剂对模拟废水中Cu的最高去除率可达90%以上;当pH值在5.0～6.0间、温度为30～35℃、吸附剂投加量为20 g/L,吸附时间为60 min时达最佳去除效果;等温吸附曲线可用Langmuir、Temkin和Freundlich模型拟合,前二者拟合较好.

Abstract：

Adsorption of Cu from wastewater onto modified corn stalk impregnated with zinc chloride by microwave heating was investigated. The adsorption was studied by considering the effects of various pa-rameters on the removal rate of Cu, such as pH, the dosage of absorbent and temperature. The results showed that the modified absorbent used in this study was efficient , with a removal ratio of Cu up to 90%or more. Optimum results of Cu removal were obtained with a pH of 5.0～6.0, at 30～35℃and with an adsorbent dosage of 20 g/L and an adsorption time of 60 min. The Langmuir, Temkin and Freundlich equa-tions can describe the absorption characteristics of Cu, the Langmuir and Temkin equations being better.     

氧化老化玉米秸秆生物炭吸附镉机理研究

为研究玉米秸秆生物炭在经过模拟自然界老化后对Cd²⁺的吸附响应,本文利用H₂O₂对玉米秸秆生物炭进行氧化老化1、2、3次,利用元素分析仪、扫描电镜、红外光谱及碳谱等分析方法,分析老化前后生物炭对Cd²⁺的吸附及响应机理。结果表明：玉米秸秆生物炭氧化老化过程中形成硅酸盐沉淀;经过H₂O₂老化后H/C、O/C和（O+N）/C的原子比逐渐升高,使得生物炭含氧官能团上升、芳香性减弱、极性增强;老化1次（OYM1）、2次（OYM2）、3次（OYM3）后玉米秸秆生物炭碱性元素逐步被释放,碱性元素较未氧化玉米秸秆生物炭（YM）分别降低了48.23%、95.04%、95.74%;不同处理生物炭对Cd²⁺的最大吸附量表现为： YM（12.42 mg·g^-1） >OYM1（5.98 mg·g^-1） >OYM3（3.88 mg·g^-1） >OYM2（3.61 mg·g^-1）,说明老化作用抑制了其对Cd²⁺的吸附。在玉米秸秆生物炭长期利用过程中,生物炭的老化促进无机组分发挥作用,吸附性能减弱,在进行土壤及水污染修复时应合理使用。     

玉米秸秆碱化处理制备的生物炭吸附锌的特性研究

为研究玉米秸秆碱化处理制备的生物炭对模拟废水中Zn的吸附特性,以玉米秸秆为原料制备玉米秸秆生物炭(BC),同时对玉米秸秆进行碱化浸渍处理来获得碱化改性生物炭(K-BC),并在此基础上研究了BC和K-BC对Zn的吸附动力学、吸附热力学以及pH对其吸附的影响,结合元素分析、比表面积孔径测定、扫描电镜及红外光谱等表征来分析其对Zn的吸附差异。结果表明:当Zn浓度为60 mg·L~(-1),BC和K-BC对Zn的吸附过程由快速吸附和慢速吸附2个阶段组成,且符合准二级动力学吸附模型;BC和K-BC对Zn的吸附量随温度(288~318 K)和Zn浓度(10~120 mg·L~(-1))的增加而增加,其中K-BC对Zn的理论饱和吸附量大于BC,且由Freundlich模型对吸附过程进行描述较为合适;热力参数表明BC和K-BC对Zn的吸附为自发、吸热和无序度增加的过程;在pH_2.0~5.0范围内,当pH为5.0时K-BC对Zn的吸附量最大,吸附率接近50%。由BC和K-BC结构表征及理化特性差异可以推知,这2种生物炭对Zn吸附差异来源于其比表面积、孔隙结构和芳香结构之间的差异。     

玉米秸秆生物炭对溶液体系中不同重金属离子的吸附特性

为探究在废水处理中针对不同重金属吸附特征选择合适的生物炭修复方案,以玉米秸秆为原料,在300和500℃下热裂解得到2种生物炭,通过试验模拟研究生物炭在单组分溶液体系和多种重金属离子的混合溶液体系中,对不同重金属离子的吸附能力,并用等温吸附模型对试验结果进行拟合。研究结果表明:1)对于同种重金属而言,500℃下得到的生物炭的吸附能力更强;2)对于同种吸附材料,单组分与多种重金属离子的混合溶液中对重金属离子饱和吸附量的顺序均为:Ni ~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+)Pb~(2+)Cu~(2+);3)但在多种重金属离子的混合溶液体系中金属离子浓度较高条件下,离子之间的相互作用影响生物炭吸附能力;同时Cu~(2+)和Pb~(2+)2种离子具有较高的吸附量,竞争力更强。     

玉米秸秆生物炭对五氯苯酚吸附行为及吸附动力学研究

[目的]研究玉米秸秆生物炭对五氯苯酚的静态吸附特性。[方法]探讨吸附剂量、溶液p H、吸附时间等参数对吸附的影响,用Langmuir和Freundlich等温式研究吸附平衡过程。[结果]酸性条件有利于玉米秸秆生物炭吸附剂对五氯苯酚的吸附,吸附过程在30 min即可达到平衡,玉米秸秆生物炭对五氯苯酚的吸附更符合Freundlich等温式。吸附动力学研究表明,吸附过程更符合准二级动力学模型,吸附速率常数为0.015 9 g/(mg·min)。吸附过程是吸热的,升高温度有利于吸附。[结论]玉米秸秆生物炭可用于吸附五氯苯酚。     

玉米秸秆生物炭对水中戊唑醇和稻瘟酰胺的吸附特性研究

以农业废弃物玉米秸秆为材料,在300、500、700℃下采用限氧碳化法制备生物炭,并测定了生物炭的元素组成,利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)表征了生物炭的形貌结构特征,考察了生物炭对水中戊唑醇和稻瘟酰胺的吸附动力学和热力学特征,并评价了pH对生物炭吸附的影响。结果表明:随着碳化温度的升高,玉米秸秆生物炭C元素含量增大,表面微孔形变程度及粗糙程度增大,芳香族化合物增加,芳香化程度提高,对两种农药的吸附性增强。准二级动力学方程能更好地描述玉米秸秆生物炭对两种农药的吸附动力学过程,颗粒内扩散表明膜扩散和颗粒内扩散共同控制着生物炭对两种农药的吸附过程;Langmuir和Freundlich方程均可以较好地描述玉米秸秆生物炭对两种农药的吸附热力学过程,说明生物炭对两种农药的吸附同时存在物理吸附和化学吸附两种形式,但以化学吸附为主。吸附过程中焓变(ΔH~o)、熵变(ΔS~o)和吉布斯自由能变(ΔG~o)表明玉米秸秆生物炭对两种农药的吸附是自发的吸热过程。溶液pH值会对生物炭吸附两种农药产生较大影响,酸性条件下吸附率高,碱性条件下吸附率低。     

轻度炭化的玉米秸秆生物炭的燃烧行为研究

秸秆的综合利用日益受到关注,为利用轻度炭化技术制备的生物炭以提高玉米秸秆的燃烧值,降低其运输、储存成本,采用微分热重分析仪(DTG)研究了轻度炭化的玉米秸秆生物炭的燃烧行为。结果表明:通过TG-DTG三点法得到生物炭的燃烧点为303.89℃。利用Arrhenius方程,可知玉米秸秆生物炭的燃烧为一级反应,活化能为35.45kJ·mol-1。     

施用玉米秸秆生物炭对镉生物有效性及其胁迫下生菜生长的影响

为明确施用玉米秸秆生物炭对重金属镉（Cd）生物有效性及其产生的植株生长胁迫效应的影响,本研究向模拟土壤溶液中加入0%和2%（m/V）的玉米秸秆生物炭,在不同pH值（4.3和7.0）条件下,通过等温吸附实验分析了Cd²⁺在生物炭上的吸附行为,并结合生菜（Lactuca sativa var.longifolia）幼苗植株的生长、根毒性及其Cd积累量的研究,探讨了生物质炭影响下Cd生物有效性与其环境行为之间的关系。结果表明,生物炭表面负电荷量随溶液pH值的增大而增加,玉米秸秆生物炭能够通过静电效应吸附Cd²⁺;Langmuir方程能够较好地拟合Cd²⁺在玉米秸秆生物炭上的吸附行为,且方程表征的Cd²⁺最大吸附量参数Q_m随pH值的增大而增加。生菜幼苗的根长和干质量均随生物炭的施加而增大,而根中Cd积累量则随生物炭的施加而降低;与模拟土壤溶液中Cd总量（Cd_total）和根中Cd积累量相比,溶液中Cd²⁺浓度指标能够更好地预测幼苗根伸长抑制率RRE（r²=0.80,P<0.001）和根中Cd积累量（r²=0.88,P<0.001）。上述研究结果表明,施加玉米秸秆生物炭能够有效降低重金属污染物的生物有效性及其生态环境风险。     

改性牛粪-树脂颗粒对水溶液中孔雀绿的吸附动力学研究

通过化学方法改性牛粪,并与树脂结合制得一种新型的吸附材料--改性牛粪-树脂颗粒.本研究通过静态实验方法检验所制备颗粒对水溶液中孔雀绿的吸附等温和吸附动力学过程,并利用Langmuir和Freundlich吸附等温方程以及准二级动力学方程和颗粒扩散模型对实验数据进行拟合.吸附等温实验结果表明,改性牛粪-树脂颗粒对水溶液中孔雀绿的吸附等温过程符合Langmuir方程,颗粒直径对最大吸附量产生一定影响,颗粒直径大于2 mm、1～2 mm和小于1 mm时的最大吸附量分别为158.73、185.19和128.21 mg·g-1.吸附动力学实验结果表明,颗粒扩散模型能够更好地描述改性牛粪-树脂颗粒对水溶液中孔雀绿的吸附过程(r2>0.98).在吸附动力学实验中,随着染料的初始浓度由40mg·L-1增加到150mg·L-1,扩散速率参数K从0.675 3 mg·g-1·min-1增加到1.644 0 mg·g-1·min-1;当牛粪-树脂颗粒的量从2.000 0 g增加到10.000 0 g时,扩散速率从1.603 3 mg·g-1·min-1下降到0.893 7mg·g-1·min-1;当搅拌速度从100 r·min-1增加到300 r·min-1时,扩散速率从1.176 8 mg·g-1·min一.增加到1.4174mg.g-1.min-1.在实验采用的3个粒径情况下,1～2mm粒径时扩散速率最高(1.569 8mg·g-1·min-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。     

玉米秸秆生物炭对暗棕壤性质和氮磷吸附特性的影响

玉米秸秆生物炭在增加土壤肥力、促进作物生长特别是在控制氮磷面源污染方面具有重要作用。以玉米秸秆为生物质材料,在450℃碳化温度下制备了玉米秸秆生物炭,并将玉米秸秆生物炭以不同比例与暗棕壤混合,玉米秸秆生物炭所占质量比分别为0,0.5%,1%,2%,培养30 d后进行土壤基本理化性质测定和对氮磷的模拟吸附试验。结果表明:添加玉米秸秆生物炭能够加深暗棕壤颜色,提高暗棕壤有机质、全氮、全磷以及有效氮、速效磷的含量。可用Lagergren准一级动力学方程拟合添加玉米秸秆生物炭暗棕壤对氮磷的吸附动力学过程;可用Langmuir方程拟合添加玉米秸秆生物炭暗棕壤对氮磷的吸附热力学过程。随着玉米秸秆生物炭添加量的增加,暗棕壤对氮磷的吸附速率常数增大,对氮磷的饱和吸附量增加,对氮磷的固定能力增强。     

钡改性膨润土吸附水中Cr(VI)的研究

以河南信阳膨润土为原料,制备钠化土.用氯化钡对钠改型膨润土进行改性,并用制备的改性土对六价铬模拟废水进行吸附试验.结果表明:在改性剂用量与膨润土的用量比为0.25,pH为5.0～9.0,温度为25℃,改性土的投加量为8g/L,吸附时间为60min的条件下,改性土对19mg/L的含铬废水的去除率达到了83.77%.     

玉米秸秆生物炭对Cd2+的吸附特性及影响因素

以玉米秸秆生物炭为实验材料,研究了生物炭吸附重金属Cd2+的性能,分析了吸附温度、吸附时间、初始pH值以及生物炭粒径对吸附的影响,并对吸附前后生物炭样品进行傅里叶变换红外光谱分析(FITR)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)表征以分析吸附机理。结果表明:玉米秸秆生物炭对Cd2+的吸附可用Langmuir等温方程较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为18.49 mg·g-1(288.15 K)、23.51 mg·g-1(298.15 K)、23.59 mg·g-1(308.15 K)和24.43 mg·g-1(318.15 K),吸附动力学过程可以由准二级动力学方程很好地拟合,约40 min即达平衡,pH值为5时吸附量最大,生物炭粒径对吸附无明显影响。结构表征表明,生物炭对Cd2+的吸附机理主要为表面羟基(-C-OH)和羰基(-C=O)与Cd2+发生络合化学反应作用。     

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。     

Adsorption of Cu(II) on humic acids derived from different organic materials

The adsorption of Cu(II) from aqueous solution onto humic acid(HA) which was isolated from cattle manure(CHA), peat(PHA), and leaf litter(LHA) as a function of contact time, p H, ion strength, and initial concentration was studied using the batch method. X-ray absorption spectroscopy(XAS) was used to examine the coordination environment of the Cu(II) adsorbed by HA at a molecular level. Moreover, the chemical compositions of the isolated HA were characterized by elemental analysis and solid-state 13 C nuclear magnetic resonance spectroscopy(NMR). The kinetic data showed that the adsorption equilibrium can be achieved within 8 h. The adsorption kinetics followed the pseudo-second-order equation. The adsorption isotherms could be well fitted by the Langmuir model, and the maximum adsorption capacities of Cu(II) on CHA, PHA, and LHA were 229.4, 210.4, and 197.7 mg g–1, respectively. The adsorption of Cu(II) on HA increased with the increase in p H from 2 to 7, and maintained a high level at p H>7. The adsorption of Cu(II) was also strongly influenced by the low ionic strength of 0.01 to 0.2 mol L–1 Na NO3, but was weakly influenced by high ionic strength of 0.4 to 1 mol L–1 Na NO3. The Cu(II) adsorption on HA may be mainly attributed to ion exchange and surface complexation. XAS results revealed that the binding site and oxidation state of Cu adsorbed on HA surface did not change at the initial Cu(II) concentrations of 15 to 40 mg L–1. For all the Cu(II) adsorption samples, each Cu atom was surrounded by 4 O/N atoms at a bond distance of 1.95 ? in the first coordination shell. The presence of the higher Cu coordination shells proved that Cu(II) was adsorbed via an inner-sphere covalent bond onto the HA surface. Among the three HA samples, the adsorption capacity and affinity of CHA for Cu(II) was the greatest, followed by that of PHA and LHA. All the three HA samples exhibited similar types of elemental and functional groups, but different contents of elemental and functional groups. CHA contained larger proportions of methoxyl C, phenolic C and carbonyl C, and smaller proportions of alkyl C and carbohydrate C than PHA and LHA. The structural differences of the three HA samples are responsible for their distinct adsorption capacity and affinity toward Cu(II). These results are important to achieve better understanding of the behavior of Cu(II) in soil and water bodies in the presence of organic materials.