玉米秸秆改性生物炭对铜、铅离子的吸附特性

探究改性生物炭对重金属的吸附性能,为不同改性生物炭对铜、铅离子的有效去除提供理论依据。以玉米秸秆为原料,经500℃限氧热解制备生物炭(BC),再分别经KOH和聚乙烯亚胺(PEI)改性得到碱改性生物炭(KBC)和PEI改性生物炭(PBC),探讨3种生物炭对Cu~(2+)和Pb~(2+)的单一吸附效果及对复合体系中Cu~(2+)和Pb~(2+)的竞争吸附。3种生物炭对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附动力学均符合准二级动力学方程,改性后生物炭的吸附速率均高于BC;吸附等温线均符合Langmuir模型,最大吸附量表现为:PBCKBCBC。3种生物炭的饱和吸附量和吸附容量遵循Pb~(2+)Cu~(2+);通过竞争吸附试验发现,Pb~(2+)在3种生物炭上的竞争吸附能力均高于Cu~(2+)。结果表明:KBC和PBC对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附能力明显优于BC,有成为新型重金属吸附剂的潜力。     

生物炭和乙醇改性生物炭对铜的吸附研究

为研究生物炭和乙醇改性生物炭的特性及其对铜的吸附能力,选取小麦秸秆为原料,在300、450、600℃条件下热解制备生物炭,用于研究乙醇改性生物炭的产油率、生物炭和乙醇改性生物炭的表面官能团变化、亲水性能及其对Cu~(2+)的吸附特性。结果表明:乙醇改性生物炭产油率随热解温度升高而增加。生物炭和乙醇改性生物炭不同温度接触角范围为122.6°~89.3°和96.0°~68.7°,乙醇改性生物炭亲水性明显高于未经改性生物炭。生物炭和改性生物炭对Cu~(2+)的吸附符合二级动力学模型,生物炭吸附速率常数达1.535 g·mg~(-1)·h~(-1),乙醇改性生物炭为1.073 g·mg~(-1)·h~(-1)。二者对Cu~(2+)的等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,生物炭和乙醇改性生物炭最大吸附量分别为44.3 mg·g-1和41.7 mg·g-1,说明使用乙醇萃取生物炭生物质油后,仍能保持90%左右的Cu~(2+)吸附效率。     

改性生物炭对水中菲和芘的吸附研究

本文使用氨水对稻壳制备的生物炭（BC）进行了改性修饰,对改性生物炭（MBC）的表面结构和官能团性质进行了表征,采用了红外光谱分析、扫描电子显微镜分析和比表面积分析等方法。并应用MBC对菲和芘进行了吸附动力学试验、吸附等温试验。研究表明：（1）与BC相比,MBC增加了N-H官能团,比表面积增大了5.34倍,吸附点位增多;（2）吸附试验结果表明使用准二级动力学更适合描述吸附过程;通过吸附等温试验,发现Freundlich模型能够更准确的描述MBC对菲和芘的吸附过程（;3）MBC投加量对吸附效果影响较大;初始p H范围为3-11,酸性或碱性条件下对吸附效果影响不大。因此,氨水改性生物炭可望作为去除水体多环芳烃污染的新型吸附材料。     

热空气氧化改性生物炭对镉的吸附特性研究

[目的]探究改性生物炭对重金属元素镉(Cd)的吸附机理,以期为治理Cd污染和改性生物炭工业化生产提供参考.[方法]以工业化生产的竹屑生物炭(BB)和烟杆生物炭(TB)为原料,在300℃的低温限氧条件下进行氧化改性30 min,冷却至室温后制成两种改性生物炭(分别记为BB300和TB300).通过X射线衍射技术对改性前后...     

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响

[目的]探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu~(2+)的影响。[方法]以玉米、水稻、芝麻3类秸秆为原料于400~700℃热解炭化制备生物炭,探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响,并评价生物炭对Cu~(2+)的吸附性能。[结果]生物炭的pH和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大,而产率却逐渐稳定,其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显;此外,生物炭对Cu~(2+)的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关,升高热解温度有利于提高生物炭对Cu~(2+)的吸附去除率,且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭,其中700℃下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对Cu~(2+)的去除率可达100%。[结论]该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。     

巯基改性生物炭对水中甲基汞的吸附

为探讨巯基改性生物炭对甲基汞的吸附特征及机理,以牛粪、污泥、竹屑为原料制备热解生物炭,并利用3-巯丙基三甲氧基硅烷分别对其改性,采用元素分析、电镜扫描和傅里叶变换红外光谱仪对改性前后的生物炭进行表征,结合等温吸附实验和吸附动力学实验,对比研究不同原料改性生物炭对甲基汞的吸附性能并探讨其吸附机理。结果表明:通过O—Si基团的成功引入证明巯基改性成功,巯基改性后的生物炭对甲基汞的吸附能力增强,主要归因于含硫基团(—SH、C—S)与甲基汞离子有较强的络合能力。改性后,3种生物炭对甲基汞的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附方程。巯基改性生物炭对甲基汞的最大拟合吸附量达到526~1450ng·g^-1,显著高于未改性生物炭(331~533 ng·g^-1),改性组生物炭的吸附速率常数k₂(1.800~2.640)明显高于未改性组生物炭(0.014~0.156)。研究表明,巯基改性生物炭吸附甲基汞主要是通过其表面引入的—SH和C—S等官能团,与甲基汞形成—SHgCH₃和(CH₃Hg)₂S等络合物,从而有效去除水中甲基汞。     

腐植酸和巯基改性生物炭对水中Cd2+的吸附性能和机制研究

本研究以水稻秸秆为原料制备生物炭（BC300）,通过使用腐植酸和3-巯丙基三甲氧基硅烷（3-MPTS）丰富其表面官能团,得到腐植酸改性生物炭（HBC300）和巯基改性生物炭（SBC300）两种改性生物炭,分析改性生物炭对Cd²⁺的吸附能力,借助FT-IR、XPS和Boehm滴定等表征手段和密度泛函理论（DFT）计算探究改性生物炭的理化性质及官能团对吸附Cd²⁺的作用。结果表明：改性过程改变了生物炭的理化性质,HBC300表面增加了COOH和OH官能团,而SBC300表面COC、CO和SH官能团增多。通过丰富其生物炭表面官能团提升了生物炭对Cd²⁺吸附反应速率和吸附性能,表现出改性生物炭在水中去除Cd²⁺的潜力。其中,SBC300对Cd²⁺吸附效果最佳,其最大平衡吸附容量为49.5 mg·g^-1,但吸附反应速率小于HBC300,符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,此吸附过程为单分子层吸附并受化学吸附控制。表征数据及DFT计算拟合数据结果表明,生物炭表面修饰官能团加快了对Cd²⁺吸附反应速率,但COC和CO官能团限制了SBC300对Cd²⁺的吸附反应速率。     

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)。     

狐尾藻基生物炭对水中草甘膦和Cu2+的吸附性能研究

为了消除生态修复过程中除草剂和重金属对沉水植物生长胁迫因素影响,选择草甘膦和Cu~(2+)为目标物,以收割的狐尾藻废弃物为原料,在450℃下炭化2 h制成狐尾藻基生物炭(HW450),研究不同pH和生物炭投加量等实验条件下,HW450对水中草甘膦和Cu~(2+)等单一污染物吸附效果的影响。探究复合污染水体中草甘膦和Cu~(2+)相互影响规律,并用响应面法优化HW450对草甘膦和Cu~(2+)复合污染最优吸附条件。研究结果表明:Cu~(2+)和草甘膦的去除率增速随时间由快到慢,48 h后基本达到平衡;在生物炭吸附饱和范围内,去除率随溶液浓度增加而增加;在适合pH范围内,草甘膦和Cu~(2+)的去除率随pH先增后减,Cu~(2+)比草甘膦变化显著;生物炭投加量增加,能提高草甘膦和Cu~(2+)的去除率。在复合污染中,Cu~(2+)能促进HW450吸附草甘膦;高浓度草甘膦能抑制低浓度Cu~(2+)的吸附,高浓度Cu~(2+)去除率受草甘膦浓度的影响较小。响应面表明,3个因素对去除率的影响排序为:HW450投加量Cu~(2+)浓度pH。在pH为5.21,HW450投加量为0.06 g,Cu~(2+)浓度为27.32 mg/L的条件下,能得到复合污染最优吸附效果:草甘膦去除率为97.44%,Cu~(2+)为100%。     

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.     

改性生物炭特征及其对盐碱化土壤改良的研究进展

土壤盐碱化严重制约农业的可持续发展,但施用改性生物炭对盐碱地改良效果显著。为探究改性生物炭改良盐碱土壤的作用机制,本文归纳总结了不同改性方式对原生物炭理化性质的影响,以及改性生物炭对盐碱地的改良效果和影响因素。结果表明,改性生物炭具有比表面积大、含氧官能团类型和数量多、碱性物质比例下降等特点;可以促进盐碱化土壤团粒结构的形成,增加对盐分离子的吸附和养分保持,改变土壤微生物的功能结构,增强作物应对外界胁迫的能力。然而改性生物炭长期效应及在不同类型盐碱地上应用差异的研究较少。未来应进行不同类型盐碱地应用的大田试验,深入研究改性生物炭对不同盐分离子的吸附能力及长效作用,优化在不同盐碱类型下的改良途径。     

TiO2-SiO2改性香蕉皮生物炭对水中二氯喹啉酸吸附性能研究

为了寻找有效去除污水中二氯喹啉酸(QNC)的方法,以农业废弃物香蕉皮为原料,磷酸、TiO₂和SiO₂为活化剂,制备了TiO₂-SiO₂改性香蕉皮生物炭(Ti-Si-BC)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、比表面积法(BET)和元素分析(EDS)等手段对改性前后生物炭的物理化学性质进行表征,研究了Ti-Si-BC对QNC的吸附机理以及接触时间、初始浓度、温度和吸附剂用量等因素对吸附效果的影响。结果表明:磷酸、TiO₂和SiO₂的协同改性显著提高了生物炭的比表面积并增加了吸附点位。在QNC初始浓度为60 mg·L^-1时,Ti-Si-BC对QNC的吸附率是天然香蕉皮生物炭(BC)的2.5倍。Ti-Si-BC对QNC的吸附动力学过程更符合准二级动力学模型,说明吸附包括表面的物理吸附和内部的化学扩散。等温吸附过程更符合Freundlich模型,说明吸附为非均相多层吸附。热力学结果表明该吸附为吸热的自发反应。T...     

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。     

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。     

改性生物炭对沼液氨氮的吸附效果研究

针对沼液中氮含量排放超标污染问题,为筛选出能使氮元素最大回收的有效吸附方法,以玉米秸秆、玉米芯和木屑为原料,分别于550℃、600℃、650℃下热解成生物炭,并采用NaOH+微波、FeCl3、KOH和HNO3对其进行改性处理,采用扫描电镜和压汞仪对生物炭进行表征,通过吸附动力学、吸附等温线和影响因素试验考察生物炭对NH+4-N的吸附效果。结果表明：NaOH+微波改性的550℃玉米秸秆炭（A-550-NaM）、KOH改性的550℃玉米秸秆炭（A-550-K）、NaOH+微波改性的600℃木屑炭（C-600-NaM）和FeCl3改性的550℃玉米芯炭（B-550-Fe）对NH+4-N的吸附平衡时间在60~150 min之间,其平衡吸附量分别为8.58 mg/g、8.30 mg/g、7.95 mg/g和8.01 mg/g;Langmuir模型较Freundlich模型更适合描述B-550-Fe、A-550-NaM和A-550-K对NH+4-N的吸附行为,3种改性生物炭对NH+4-N的最大吸附量分别为200.24 mg/g、101.86 mg/g和94.82 mg/g。     

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。     

刺桐生物炭对水中氨氮和磷的吸附

本研究以园林绿化废弃物刺桐为原料,在不同的热解温度下（300、500、700 ℃）制备生物炭,用动力学方程和等温吸附方程分别拟合生物炭对氨氮和磷的吸附性能。等温吸附方程拟合结果表明：生物炭对水中氨氮和磷的吸附量均随着氨氮和磷的初始浓度的增加而增大,且均能较好地拟合Langmuir吸附方程,且BC500吸附效果最好;动力学方程拟合结果表明：不同热解温度下得到的生物炭对氨氮和磷的吸附速率较快的过程分别发生在最初的300 min和60 min内,且均能较好地拟合准二级动力学方程;此外,生物炭对不同初始pH下对氨氮和磷溶液的吸附效果分别为pH7 > pH11 > pH3和pH11 > pH7 > pH3。     

聚合氯化铝修饰改性大薸对中性红吸附性能的影响

基于NaOH对大薸进行改性的吸附剂(MPS),以聚合氯化铝(PAC)为复配剂制备吸附剂(MPSP)。采用材料表征技术分析了大薸复配前后的理化特征,并以中性红模拟染料废水,测试了大薸复配前后上述两种吸附剂对中性红废水的吸附能力,并探究了染料初始pH值、染料浓度、吸附剂投加量、反应温度等参数对中性红吸附性能的影响。结果表明：在相同条件下,与MPS相比,MPSP的比表面积更大,孔隙结构更发达,对中性红的吸附、去除能力更强;MPS和MPSP对中性红的吸附性能均与溶液初始质量浓度、反应时间和反应温度呈正比,与溶液pH值和吸附剂投加量呈反比。准二级动力学模型和Langmuir等温模型能较好地拟合MPS和MPSP对中性红染料的吸附、去除过程,表明吸附过程是以单层化学吸附为主,也存在物理吸附和静电引力作用。     

改性小麦秸秆生物炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

以小麦秸秆为原料,通过高温热解和硝酸改性得到小麦秸秆生物炭吸附材料,将其应用于水中重金属六价铬[Cr(Ⅵ)]的处理,研究改性时间、溶液初始pH值、投加量对吸附效果的影响,并采用Freundlich和Langmuir等温吸附方程对等温吸附过程进行拟合。扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)表征结果表明,采用硝酸改性后的小麦秸秆生物炭内部结构舒展,孔隙丰富,具有更大的吸附空间,更有利于材料对Cr(Ⅵ)的吸附作用。批量处理吸附试验结果表明,对于50 mL浓度为100 mg/L的含Cr(Ⅵ)废水,改性小麦秸秆生物炭的最佳吸附条件为pH值3、吸附剂用量0.6 g、吸附时间12 h。等温吸附试验结果表明,吸附过程更符合Freundlich模式,最大吸附量可达到41.938 mg/g。