木质纤维素生物炭对亚甲基蓝和四环素的吸附对比研究

以木质纤维素为原料,采用限氧热解法制备木质纤维素生物炭,以亚甲基蓝和四环素为目标污染物,通过批试验方法考察了生物炭热解温度和溶液初始pH值条件等对吸附的影响,以及吸附的动力学和热力学.研究结果发现,热解温度为300℃时木质纤维素生物炭对2种污染物的吸附能力最强.酸化和未酸化处理木质纤维素生物炭对2种污染物的吸附能力有明显的差异,溶液初始pH值条件对吸附过程有较大影响.吸附动力学研究表明,2种污染物在木质纤维素生物炭上的吸附可能以化学吸附为主.由Langmuir吸附等温方程知,298 K时木质纤维素生物炭对亚甲基蓝和四环素的最大吸附量分别达到437.6 mg/g和1090.1 mg/g.热力学分析证明生物炭对2种污染物的吸附过程均为自发和吸热过程.     

白酒废水污泥基生物炭对亚甲基蓝的吸附特性研究

以白酒废水污泥（LWS）为原料制备白酒废水污泥基生物炭（LWSB）,设计静态吸附试验,研究不同初始pH、吸附剂用量及吸附时间等因素对LWSB吸附水溶液中亚甲基蓝（MB）的影响。通过比表面积分析仪（BET）、扫描电镜（SEM）、电子能谱仪（XPS）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）探究LWSB对MB的吸附机理。结果表明,与LWS相比,LWSB的比表面积和孔容显著增加,而平均孔径有所减小。在溶液初始pH为8、投加量为1.0 mg/L、吸附时间为360 min及温度为44.85℃的条件下,理论最大吸附量为213.86mg/g;吸附动力学符合准二级反应动力学;Redlich-Peterson等温线模型能较好地描述LWSB吸附MB的吸附等温过程。LWSB对MB的吸附是自发的、吸热的、熵增的过程。吸附机理与静电相互作用、氢键、配位络合作用、π-π和n-π相互作用等有关。     

山核桃、苔藓和松针基生物质炭对亚甲基蓝及刚果红的吸附性能研究

在600 ℃和无氧条件下热裂解制备山核桃木、苔藓和松针三种生物质炭,用于研究三种生物质炭吸附阴离子型染料刚果红及阳离子型染料亚甲基蓝的pH效应、吸附等温线和吸附动力学效应。结果表明,碱性条件下三种生物质炭对亚甲基蓝表现出较好的吸附绩效,而酸性条件更利于三种生物质炭对刚果红的吸附。染料的初始浓度效应研究表明,生物质炭能有效吸附亚甲基蓝、刚果红,且吸附等温线能较好地符合Freundlich方程。三种生物质炭对刚果红吸附容量均比对亚甲基蓝吸附容量高。三种生物质炭对亚甲基蓝和刚果红的吸附主要发生在1 h内,然后缓慢增加,经6 h左右达到吸附平衡,吸附过程均符合伪二级动力学模型。颗粒内扩散模型拟合结果表明,颗粒内扩散阶段是限制吸附速率的主要阶段。     

生物炭制备及其吸附应用研究进展

生物炭是生物质在绝氧或限氧条件下热解的固态产物,通常因具有特殊的孔隙、官能团结构及稳定的物理化学性质等特点而广泛应用于气态或液态污染物的吸附,并成为目前生物质能资源化利用研究热点。本文介绍了生物质热解制取生物炭的工艺、生物炭生成机理及目前主要应用领域,重点评述了影响生物炭制备、结构特性及吸附特性的主要因素,并提出了生物质热解制备生物炭及其在吸附领域应用的未来研究方向。     

餐厨垃圾生物质炭制备及其吸附水中亚甲基蓝性能

以餐厨垃圾为原材料,通过高温热解法和共沉淀法制备了餐厨垃圾生物质炭（Natural kitchen waste biochar,NKB）和磁性餐厨垃圾生物质炭（Magnetic kitchen waste biochar,MKB）,研究了热解温度、热解时间、吸附剂量、吸附时间和溶液pH值等条件对生物质炭吸附水中亚甲基蓝（MB）性能的影响。结果发现,在热解温度450℃、热解时间1 h条件下制备的NKB对MB吸附性能最好;在生物质炭投加量1.0 g·L^-1、吸附时间20 min、pH值为9的条件下,MKB对MB的去除率和吸附量分别为97.94%和9.2 mg·g^-1,分别比NKB提高18.54个百分点和1.6 mg·g^-1;经过多次再生后,MKB对MB的吸附去除率仍在90%以上;吸附过程符合Langmuir等温吸附模型。研究表明,餐厨垃圾生物质炭经过赋磁可提高对亚甲基蓝的吸附性能,碱性条件下吸附性能较好,且能多次循环再生。     

不同原料生物炭对铵态氮的吸附性能研究

为探讨不同原料生物炭对铵态氮吸附量及吸附机制,以花生壳、玉米秆、杨木屑和竹屑为原料,在500℃下充N_2保护热解制备生物炭,通过电镜扫面图(SEM)与傅立叶红外光谱图(FTIR)表征NH_4~+-N在生物炭表面的吸附特征,结合批量平衡吸附试验,对比研究不同原料生物炭对NH_4~+-N的吸附性能。结果表明:吸附后生物炭表面附着颗粒或粉末物质,孔隙被填充,表面变得较为平坦。四种生物炭表面分布的-OH、-C=O、-C-O,以及花生壳生物炭与玉米秆生物炭表面的-CH_3、-CH_2、-O-参与了吸附;Langmuir方程可以较好地拟合四种生物炭对NH_4~+-N的等温吸附;吸附均在50 min内达到平衡,伪二级动力学方程均可以较好地描述生物炭对NH_4~+-N的动力学吸附过程;在溶液pH=7.00条件下,初始浓度为800 mg·L~(-1)的体系中,四种生物炭对NH_4~+-N的最大吸附量为9.5~15 mg·g~(-1),吸附能力大小为花生壳生物炭玉米秆生物炭竹屑生物炭杨木屑生物炭。研究表明,生物炭表面含氧官能团对吸附NH_4~+-N起到决定性作用,吸附为单分子层吸附,且由快速反应所控制,四种生物炭中吸附性最好的是花生壳生物炭。     

花生壳生物炭对硝态氮的吸附机制研究

以花生壳为原料,300℃热解条件下制得生物炭。通过批量平衡吸附试验,结合吸附前后FTIR、XPS图谱表征分析探索硝态氮(NO-3-N)在生物炭表面的吸附机制。结果表明,生物炭对NO-3-N的吸附显著受溶液pH值影响,当pH6时有利于吸附的进行。随溶液初始NO-3-N浓度增加,生物炭对其吸附量逐渐增加,在初始浓度800 mg·L-1的吸附体系中,最大吸附量达40 mg·g-1,Freundlich方程可较好地拟合(R2=0.975)生物炭对NO-3-N等温吸附过程,吸附为非均一的多分子层吸附;生物炭对NO-3-N的吸附可在30 min达到平衡,伪二级动力学方程能够较好地描述吸附动力学过程,表明吸附以化学吸附为主。FTIR、XPS图谱分析表明,生物炭表面分布的羟基(-OH)、芳香环羰基(-C=O)及脂肪族醚类(-O-)等官能团参与了吸附过程,且与之相连的C原子结合能均增加。结合生物炭表面金属离子分布状况,综合分析认为,通过氢键形成和金属桥键作用是生物炭对NO-3-N吸附的主要机制。     

冻融循环对牦牛粪生物炭吸附氨氮的影响

为了解冻融循环(模拟物理老化过程)对不同热解温度下的牦牛粪生物炭吸附氨氮的影响,通过吸附实验,考查牦牛粪生物炭老化前后对氨氮的吸附特性,并采用元素分析、扫描电镜、FTIR、BET-N2等方法分析牦牛粪生物炭的组成及表面结构特性,探讨冻融循环对牦牛粪生物炭吸附氨氮的影响机理。结果表明,牦牛粪生物炭老化前后对氨氮的吸附动力学模型符合准二级动力学,吸附等温模型较符合Freundlich模型。不同热解温度的牦牛粪生物炭对氨氮的吸附作用存在显著性差异,冻融循环作用对热解温度较高的牦牛粪生物炭影响较显著(C020 mg·L~(-1)),氨氮初始浓度为5 mg·L~(-1)时,老化后的生物炭PBC450和PBC600(热解温度分别为450℃和600℃)的吸附量比老化前分别显著提高13.1%、12.4%,去除效率分别为62.6%、55%。PBC450和PBC600的阳离子交换量和比表面积比老化前显著增加,阳离子交换量分别增加9.1%和75.7%,pH值、Zeta电位显著降低,其中阳离子交换量和比表面积是影响牦牛粪生物炭吸附氨氮的主要因素。     

稻壳炭的制备及其对尿素态氮的吸附特性

为探索热解稻壳生物炭对尿素态氮的吸附特性,采用自制的无轴螺旋连续热解装置制备了热解温度分别为350、450、550℃和650℃的稻壳生物炭(RHB),研究了热解温度对RHB各项理化特性的影响规律,及其对水溶液中尿素态氮的吸附能力,并用吸附动力学模型和吸附等温线模型对尿素态氮的吸附过程进行拟合,结合吸附前后RHB的微观形貌特征,探讨了RHB对尿素态氮的吸附机制。结果表明,RHB的BET比表面积及孔容均随着热解温度的升高而逐渐增大,而平均孔径则逐渐减小;与热解温度为550℃和650℃制得的RHB相比,350、450℃制得的RHB保留了更多数量的酸性含氧有机官能团。650℃制得的RHB对尿素态氮的吸附能力更强(350℃和650℃RHB的平衡吸附量分别为30.59 mg·g~(-1)和33.16 mg·g~(-1)),等温吸附模型拟合及吸附动力学拟合结果表明,RHB对尿素态氮的吸附过程可用Langmuir-Freundlich模型和Elovich模型描述,其对尿素态氮的吸附同时受到物理吸附和化学吸附的作用。RHB对尿素态氮的吸附过程为尿素分子首先通过自由扩散运动穿透液膜表面抵达RHB颗粒表面,并与RHB表面的官能团吸附位点发生化学吸附反应,然后尿素分子从RHB颗粒外表面进入到内部的复杂多孔结构中并被"封锁"于孔隙内部,之后逐渐趋于动态平衡。不同热解温度制得的RHB的吸附机制表现为低热解温度RHB通过表面含氧官能团与尿素分子形成氢键发生化学吸附,而高热解温度制得的RHB通过形成更多的复杂孔隙结构与尿素分子发生物理吸附。     

生物炭老化及其对重金属吸附的影响机制

生物炭具有丰富含氧官能团、多孔结构、阳离子交换量、芳香性结构等使其对重金属具有良好的固持作用,进而在重金属污染土壤修复中具有良好的应用前景。生物炭施入土壤中在与土壤接触过程中受物理、化学和生物作用而发生老化现象,致使生物炭特性发生改变。本文综述了原料来源、热解温度和老化方法对老化生物炭特性的影响,以及老化生物炭对重金属吸附的影响机制。老化作用对生物炭特性的改变主要体现在灰分、表面元素组成、含氧官能团、pH、形貌特征、孔隙结构及比表面积。老化生物炭表面含氧官能团、负电荷和CEC含量增加会促进其对重金属的吸附;而比表面积和pH的降低、酚羟基和芳香醚含量增加以及羧基数量减少则抑制其对重金属的吸附。     

农业废弃物制备生物炭方法及应用现状

农业废弃物是指在农产品生产、再生产过程中,由于资源的投入和产出的差异,导致资源利用中物质和能源的流失。农业废弃物产量日益增多,但没有得到合理利用,对环境造成污染。利用农业废弃物制备生物炭是一种有效的资源化利用方式,已成为国内外研究热点。本文主要归纳总结了农业废弃物制备生物炭的4种方法及其优缺点,并对生物炭在土壤改良、环境修复和气候变化的应用进行了分析,以期为生物炭在农业领域的应用开发提供依据。     

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。     

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.     

锰铁氧体改性生物炭对四环素的吸附性能研究

为了提高生物炭对四环素(TC)的吸附效果,通过共沉淀和热解法制备了锰铁氧体改性的橘子皮生物炭(BC@MnFe₂O₄),采用SEM、BET、XRD、FT-IR和XPS对不同生物炭进行表征分析。通过批处理实验研究了初始pH、生物炭用量、TC浓度、共存离子对BC@MnFe₂O₄吸附TC的影响。结果表明,锰铁氧体可均匀负载到生物炭表面。相比于原始生物炭,BC@MnFe₂O₄具有更丰富的孔隙结构,比表面积由改性前的2.86 m²·g^-1,提高到306.12 m²·g^-1。FT-IR结果显示队BC@MnFe₂O₄表面存在—OH、—Mn—O、—Fe—O官能团。BC@MnFe₂O₄对TC的最大吸附量可达167.50 mg·g^-1,是原始生物炭(13.21 mg·g^-1...     

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。     

两种秸秆生物炭对Cd的吸附特征研究

为探究两种作物秸秆生物炭对废水中镉的吸附,利用系统的吸附试验,分析稻秸秆与麦秸秆在不同温度下热解制得的生物炭对废水中镉的吸附性能和作用机理.结果 显示,600℃热解得到的稻秸秆生物炭对镉的吸附效果最好,理论最大单层吸附量可达250mg·g-i,吸附动力学研究显示在60m in内可将溶液镉浓度由101.60mg·L-1降低至2.65 mg·L-1,去除率达到97.39％.600℃下制得的稻秸秆生物炭对镉污染废水的快速净化主要是通过生物炭表面的物理吸附和化学作用共同完成的.     

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。     

不同生物炭对氮的吸附性能

为探究不同类型生物炭对氮的吸附性能,寻求最佳的氮素吸附材料,本文选择稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭作为吸附剂,开展不同pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量条件下的吸附实验,研究生物炭对硝酸铵溶液中氮的最佳吸附条件,并对结果进行等温吸附拟合与吸附动力学研究。结果表明:3种生物炭对硝酸铵溶液中的氮均有一定的吸附效果,且pH环境、反应时间、初始浓度及生物炭添加量均影响生物炭对氮的吸附量。生物炭添加量为0.05 g时,在pH环境为9、吸附时间为3 h、初始浓度为100 mg·L-1的条件下,平衡吸附量达到最大,稻壳炭、山核桃壳炭和竹炭在此条件下的最大吸附量分别为23.79、13.00 mg·g~(-1)和17.60 mg·g~(-1),表明稻壳炭对氮的吸附效果最佳;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对氮的等温吸附过程,表明生物炭对氮的吸附主要是单分子层吸附;准二级动力学模型能更好地描述3种生物炭吸附氮的动力学过程,表明生物炭对氮的吸附为化学吸附。综上说明,稻壳炭在最佳吸附条件下可吸附较多氮素,有望作为一种良好的吸附剂应用于土壤和水体氮素污染治理。     

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。     

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...