核桃壳生物炭对水体中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

以农业废弃物核桃壳为原料制备生物炭,运用红外光谱分析发现其含有丰富的羟基、烷基、芳香基等官能团。将其应用于水体中Cr(Ⅵ)吸附研究,结果表明,核桃壳生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附去除效果受热解制备温度、溶液pH值、生物炭投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度和吸附时间影响显著,但吸附时溶液温度对其吸附效果影响较小。在25℃、pH值4.0、核桃壳生物炭投加量1.0 g/L、Cr(Ⅵ)初始浓度为40 mg/L时,约210 min后能达到吸附平衡,其去除率可达95.77%。动力学研究发现,核桃壳生物炭吸附Cr(Ⅵ)符合准二级动力学模型,吸附初期属于液膜扩散过程,之后属于颗粒内扩散过程。热力学研究表明,核桃壳生物炭吸附Cr(Ⅵ)为吸热的自发过程,符合Langmuir的单分子层吸附模型。     

磷酸改性和普通核桃壳对水中Cr(VI)的吸附

将普通和磷酸改性后的核桃壳对Cr(VI)的吸附作用进行对比。实验结果表明,由于改性核桃壳表面结构孔隙率更大,有利于增强对Cr(VI)的吸附作用,当控制温度为35℃,吸附剂用量为0.80 g,吸附时间为120min,吸附50 m L Cr(VI)浓度为20 mg/L的水样时,Cr(VI)的去除率可以达到99.4%。对吸附等温线和动力学模型拟合后表明,Langmuir吸附等温模型能更好地反映改性核桃壳对Cr(VI)的吸附过程;且普通和改性核桃壳对Cr(VI)的吸附过程均符合拟二级动力学方程。     

牛粪和核桃壳生物炭对水溶液中Cd2+和Zn2+的吸附研究

为有效去除水溶液中Cd~(2+)和Zn~(2+),以牛粪和核桃壳为原料,在不同热解温度下制取生物炭,采用等温吸附法和动力吸附法研究生物炭对水溶液中Cd~(2+)和Zn~(2+)的吸附效果和动力学特性,通过生物炭吸附前后的XRD和FTIR表征对比,探究其吸附机理。结果表明:生物质原材料的种类和热裂解温度是影响生物炭吸附效果的两大因素,牛粪生物炭比核桃壳生物炭吸附效果好,700℃制备的生物炭比300℃制备的生物炭吸附效果好;生物炭对Cd~(2+)和Zn~(2+)的吸附符合Langmuir方程;700℃制备的牛粪生物炭(DM700)对Cd~(2+)和Zn~(2+)的吸附性能最佳,饱和吸附量分别为117.5 mg·g~(-1)和59.4 mg·g~(-1),其吸附过程由快速吸附和慢速吸附两个阶段组成,符合准二级动力学方程;吸附机理主要是生物炭中的羟基和羧基与Cd~(2+)、Zn~(2+)间发生离子交换和络合反应,Cd~(2+)、Zn~(2+)被吸附后进一步生成CdCO_3和Zn_3(PO_4)_2沉淀。这说明,DM700具备作为水溶液中Cd~(2+)、Zn~(2+)吸附剂的潜力,本研究为生物炭去除水中重金属和土壤重金属污染的修复提供了理论依据与应用参考。     

芹菜源生物炭对重金属离子的吸附性能

[目的]寻找高效低成本的吸附重金属污染物的材料。[方法]以农业剩余物芹菜为原料,研究芹菜源生物炭对一些典型重金属离子[Cu2+、Cd2+、Cr(VI)]的吸附性能。[结果]中温(350、500℃)限氧热解制备的芹菜源生物炭对Cu2+的吸附量可超过50 mg/g,对Cd2+、Cr(VI)等重金属离子也表现出良好的吸附性能。Freundlich和Langmuir吸附方程能较好地描述吸附过程。结合红外光谱、扫描电镜与能谱等表征手段,证明芹菜源生物炭对重金属离子的高吸附性能与其表面沉淀作用、表面络合和离子交换反应有关。[结论]芹菜源生物炭对重金属离子有较强的吸附性能,应用前景广阔。     

改性核桃壳生物炭对枯草芽孢杆菌SL-44的吸附

为提高生物炭与微生物吸附能力及其协同改良土壤的性能,使用草酸和氨水对核桃壳生物炭改性,以期制备出性能更加优良的炭基菌剂,并通过红外光谱、动力学、热力学等研究方法,解析生物炭对枯草芽孢杆菌SL-44的吸附机制,并探究其稳定性。结果表明,草酸和氨水改性增加了生物炭在常温下对SL-44的吸附能力,且随着改性剂浓度的增加而增加,最大吸附量为1.5396×10¹¹ CFU·g^-1。此外,通过改性能够在生物炭表面引入COOH、C=O和—NH₂官能团,改变电负性,并保持生物炭原有形貌结构。生物炭对菌体的吸附以物理吸附为主,并涉及化学吸附作用,其表面的—OH、C=O、COOH、—NH₂均参与了吸附反应过程。生物炭吸附SL-44为放热过程(ΔH<0),随着温度的升高炭材料的吸附能力降低,低温更有利于吸附。常温下生物炭的吸附性能为氨水改性>草酸改性>未改性。因此增加生物炭表面氧、氮官能团含量可增加其吸菌量,同时在常温下可制得吸菌量更大的炭基菌剂。测定所得菌剂的活菌数和稳定性发现,被吸附的菌体数越多,其存活菌数量越大,且保藏稳定性越强。与未改性生物炭相比,改性后活菌数最高提高26.01%,而保藏4个月后存活率提高14.1个百分点。     

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。     

新疆南疆典型农业残余物生物炭制备及其对亚甲基蓝的吸附研究

本研究以新疆南疆地区典型农业残余物玉米秆、棉秆、枣枝以及核桃壳为原料，通过高温热解法制备生物炭，对比其吸附亚甲基蓝特性的差异。运用X射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法表征分析生物炭物理结构及化学成分，通过动力学及热力学分析研究生物炭的吸附过程，同时考察pH值、生物炭用量以及温度对其吸附特性的影响。结果表明以棉秆为原料制备的生物炭，二级动力学拟合度高，孔隙结构稳定，含氧官能团丰富；热力学分析中K_F=1.966 2，在四种生物炭中吸附力最强；在环境pH大于7、吸附温度为35℃时对阳离子具有良好的物理及化学吸附性能。     

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。     

不同原料生物炭对磷的吸附-解吸能力及其对土壤磷吸附解析的影响

土壤作为磷的临时养分库,其对磷的吸附解吸能力既制约磷肥的有效性又影响土壤磷的流失,为合理利用农业废弃物,增强农田土壤对磷的固储力,减轻农田土壤磷素流失的环境风险,我们对水葫芦、竹子、秸秆、核桃壳、松针(农业废弃物)炭化后对KH2PO4吸附-解吸模拟性研究,从中选取综合固磷能力较强的生物炭(秸秆)与土壤按0%(对照)、0.1%、0.2%、0.5%不同比例(质量比)添加,了解生物炭添加对土壤磷吸附-解吸能力的影响。结果表明:5种生物炭对磷的等温吸附(Langmuir方程拟合)的最大吸附量高低顺次为:水葫芦(2 906.98 mg·kg-1)秸秆(2 702.70mg·kg-1)竹子(2 469.14mg·kg-1)松针(2 217.29mg·kg-1)核桃壳(2 336.45mg·kg-1),5种生物炭对吸附磷的解吸力,随着解吸次数增加吸附磷的解吸力增加,尤其前4次,磷的解吸很迅速,达0.52~1.90mg·L-1;秸秆生物炭添加能增强土壤对磷的吸附,不同比例的增强效果为:0.5%0.2%0.1%0,但是,秸秆生物炭添加对土壤磷的解吸能力没有显著影响。5种生物炭中水葫芦生物炭对磷吸附能力最强,其次是秸秆生物炭,但是由于水葫芦生物炭生产率很低(仅约为0.79%),秸秆生物炭不仅生产率高(约为2.79%)有较强的吸附能力,按0.5%添加到土壤中能较好地提高土壤对磷的吸附性能。     

纳米羟基磷灰石改性生物炭对铜的吸附性能研究

为了提高生物炭对重金属铜的吸附能力,选取小麦秸秆作为原料,将不同比例纳米羟基磷灰石与秸秆混合均匀,在600℃高温限氧条件下制备了羟基磷灰石改性生物炭材料,比较了生物炭和生物炭改性材料对铜的吸附特性,同时分析了两者间的表面特征等。结果表明:热重分析显示,生物炭表面附着纳米羟基磷灰石可以提高生物炭的热稳定性;扫描电子显微镜分析显示,纳米羟基磷灰石可以较为均匀地附着在生物炭表面,但同时会伴随不同程度的聚集现象;接触角测试结果显示,生物炭表面附着纳米羟基磷灰石可降低其疏水性;生物炭和生物炭改性材料对铜的吸附符合伪二级动力学模型,生物炭改性材料可使铜的吸附速率提高7.69%~130.77%;生物炭和生物炭改性材料对不同浓度的铜吸附符合Langmuir等温吸附模型,对铜的最大吸附量分别为32.65 mg·g~(-1)和57.01 mg·g~(-1)。