铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附效果研究

[目的]研究稻壳生物炭和3种铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附特性,为其作为添加剂进行炭基肥料的开发提供参考.[方法]以稻壳为原料,在500℃无氧条件下热解制备稻壳生物炭(RBC),并采用3种工艺制备铁改性稻壳生物炭(FDRBC、FWRBC和FWBC).利用比表面积测定仪(BET)和扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)...     

不同原料生物炭的改性及其吸附/钝化Cd(Ⅱ)效果

综述了生物炭原料来源、改性方法、Cd(Ⅱ)吸附机理以及施加生物炭对土壤pH值、C/N和镉形态的影响,提出今后应加强(改性)生物炭修复Cd(Ⅱ)污染土壤的田间实验研究,长期跟踪施加(改性)生物炭后土壤Cd(Ⅱ)形态、土壤养分、微生物群落组成和结构等的变化。     

生物炭Mg/Al-LDHs复合材料对磷的吸附特性及机理

为有效控制水体富营养化和实现农业废弃物资源化利用,以生物炭作为类水滑石(Layered Double Hydroxide,LDHs)的载体,采用共沉淀法制备出生物炭镁铝水滑石复合材料(Mg/Al-LDHs@BC),并研究其对水中磷酸盐的吸附特性.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、Zeta电位仪、傅立叶红外光谱仪和X射线光...     

铁锰镁离子改性生物炭对溶液硝态氮的吸附性能研究

为突破生物炭对硝态氮吸附的局限性,以花生壳为原料,在600℃条件下热解制备生物炭(BC),分别用FeCl₃、MnCl₂、MgCl₂对其进行金属负载改性(BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg),设计批量吸附试验,结合扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)等进行表征分析。结果表明,铁、锰、镁离子改性使生物炭的比表面积增大6.67～12.16倍,孔容增加3.30～6.00倍,并显著增强了对硝态氮(NO^-₃-N)的吸附性能(P<0.05),吸附量较BC增加11.5%～17.1%,BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg对NO^-₃-N的最大吸附量分别为41.58、39.04、39.58 mg·g^-1,铁、锰、镁离子与炭的最佳质量比分别为0.80、0.20、0.20,铁离子改性效果最好;酸性条件有利于改性生物炭对NO^-₃-N的吸附,吸附动态符合Lan...     

改性生物炭对重金属污染修复研究进展及其机制分析

土壤重金属污染严重威胁农业安全。近年来,生物炭作为一种土壤重金属污染修复的新型材料受到广大学者的关注,如何通过改性方法强化生物炭吸附能力,提高生物炭的安全性、高效性和环境友好性是近年来的研究热点。论文综述了生物炭的基本特征,改性生物炭的原料来源,常见改性方法,吸附固定重金属的作用机制,并对改性生物炭功能及其应用拓展进行了展望,以期为土壤重金属修复材料的筛选提供理论依据。     

生物炭、秸秆和有机肥对砂姜黑土改性效果的对比研究

砂姜黑土是广泛分布于我国黄淮海平原、具有多种障碍因子的典型中低产土壤。本研究通过小麦和玉米轮作盆栽试验,研究了生物炭、秸秆和有机肥3种有机物料对砂姜黑土性质的改良效果。结果表明:添加秸秆能显著提高土壤微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量,减小土壤线性延展系数(COLE);添加生物炭对砂姜黑土MBC和DOC影响不显著,但显著减小土壤COLE。对土壤磷脂脂肪酸(PLFA)含量的分析发现,添加秸秆显著提高了小麦灌浆期和玉米抽雄期土壤总磷脂脂肪酸、细菌、真菌、放线菌和腐生真菌的含量,而添加生物炭和有机肥对土壤总磷脂脂肪酸、细菌、真菌、放线菌、腐生真菌和真菌/细菌影响不显著。综上,生产实践中3种有机物料添加应根据各地砂姜黑土主要障碍因子不同而灵活选择。     

赤铁矿改性生物炭回收水中磷及其作为磷肥的效果

利用生物炭材料的吸附作用回收污水中的磷,作为磷肥应用到土壤进行农业生产是一种简单有效、成本低廉的措施,成为解决环境污染和磷资源紧缺问题的一种潜在方案。该研究采用单因素结合响应面方法优化赤铁矿（H）改性核桃壳生物炭（BC）的制备工艺。通过模型拟合分析了改性生物炭（H-BC）对水中磷（P）的吸附特性,并测试表征探讨其吸附机理。最后,将饱和吸附磷后的改性生物炭（H-BC-P）应用到土壤,采用盆栽试验分析其作为磷肥的效果和潜力。结果表明：核桃壳/赤铁矿质量比为1:1,在850 ℃下热解45 min制得的改性生物炭对磷的去除率达到98.42%,饱和吸附量为15.59 mg/g。H-BC吸附P的过程更符合准二级动力学模型和Freundlich模型,表明该过程是多分子层吸附,化学吸附是限制吸附速率的主要步骤。酸性条件有利于H-BC对P的吸附,从成本角度考虑,H-BC的最佳用量为2.5 g/L。H-BC-P可以改良酸性土壤pH,增加土壤全磷和Olsen-P含量。黄棕壤和红壤中生菜的生物量均有明显增加。研究表明赤铁矿改性生物炭是一种环境友好的磷吸附剂,且吸附磷后的残渣可以作为磷肥应用到土壤。     

原质及改性生物炭对土壤重金属污染物影响的研究进展

土壤重金属污染问题日益突出,已经对土壤生态环境造成严重危害.生物炭材料来源广泛、成本较低,在环境污染治理中应用较多,已成为当前环境污染功能材料中的研究热点.笔者介绍制备生物炭所需的生物质来源和制备技术,以及生物质原料和制备温度对生物炭性质的影响;讨论生物炭对重金属的吸附机理,并探析生物炭对土壤重金属污染物的修复效果;总...     

三种改性小麦秸秆生物炭表征及其对Cu2+的吸附性能

为研究改性生物炭在水溶液中对Cu2+的吸附性能,利用硅酸钠溶液、氯化镁溶液、过氧化氢溶液制备了3种不同改性小麦秸秆生物炭,通过使用扫描电镜-X射线能量色散光谱（scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS）和傅里叶红外光谱（Fourier infrared spectroscopy,FTIR）等技术对改性前后的生物炭进行表征分析,探究其表面形貌、官能团等性质变化。硅酸钠改性生物炭（sodium silicate modified biochar,SBC）的比表面积与孔容最大,分别为43.69 m2/g、5.30 cm3/g,比未改性生物炭（biochar,BC）（6.02 m2/g、1.40 cm3/g）分别增加了6.25、2.79倍。由SEM-EDS结果表明,改性生物炭均出现C元素质量分数下降、O元素质量分数增加的现象,其中,SBC的C元素和O元素质量分数变化最大,且SBC和氯化镁改性生物炭（magnesium chloride modified biochar,MBC）上负载了大量含Si和Mg的颗粒。FTIR结果表明,改性处理均能增强官能团的峰值,硅酸钠改性增强程度最大。另外,过氧化氢改性生物炭（hydrogen peroxide modified biochar,HBC）、BC、MBC 和SBC对Cu2+的吸附动力学过程更符合准一级动力学模型,BC、MBC、SBC对Cu2+的等温吸附过程更符合Langmuir模型,HBC对Cu2+的等温吸附过程更符合Freundlich模型。分析吸附模型参数可知,改性生物炭MBC、SBC和HBC中,SBC对Cu2+的吸附能力更强,其理论吸附量可以达到230.20 mg/g,该结果可为改性生物炭对Cu2+污染水体的治理提供理论依据。     

铁改性生物炭抑制土壤中As的迁移

砷(As)的毒性极强,为了治理含As土壤,该研究通过室内土柱模拟试验,研究铁改性生物炭对土壤中As迁移能力和形态的影响。结果表明:添加1%~8%生物炭和铁改性生物炭后,能显著降低土柱灌水后渗滤液中As的含量,增加土壤表层(0~20 cm) As的含量,降低土壤深层(>20~50 cm) As的含量,促进土壤中有效态As向稳定态As转化,生物炭的添加量越大,土壤中R-As的含量就越高。对比铁改性生物炭和生物炭发现,生物炭负载Fe3+后,其吸附和固持能力更强,更能促进有效态As向R-As转化,进而降低As污染的风险。因此,在治理含As土壤时,可在表层土壤施加2%的铁改性生物炭,达到吸附和固化As的目的,进而提高土壤的安全性。     

碳酸氧镧改性生物炭材料的合成及对磷酸盐去除性能

为高效去除废水中过量的磷酸盐为目的,该研究将研究利用艾草生物质与镧溶液共生共热的方法制成具有大量纳米级碳酸氧镧突起的镧基复合生物炭材料,研究了材料投加量、初始磷酸盐浓度、吸附时间、初始溶液pH值和共存离子对其吸附磷酸盐性能的影响及饱和磷吸附镧基复合生物炭材料（La-CB2-P）对生菜种子发芽率的试验。试验结果表明：La-CB2最佳投加量为1 g/L,最佳吸附温度为25 ℃,对磷酸盐的吸附主要为多分子层吸附,Langmuir模型模拟最大吸附容量为126.82 mg/g,并在12h内达到吸附平衡,酸性至中性水环境中La-CB2吸附性能更优,并对碱性水环境的pH值具有缓冲作用,在pH值为3时La³⁺浸出率为7.66%,其他pH值条件下仅为0.029%左右,在磷吸附过程中La-CB2的DOC溶出量随着初始溶液pH值的升高呈先增后减的趋势,在多种共存阴离子中对磷酸盐具有很强的选择性吸附,水体中的腐殖酸会大幅度降低La-CB2对磷酸盐的吸附性能。饱和磷吸附镧基复合生物炭材料（La-CB2-P）能够作为磷缓释肥显著促进生菜发芽,对La-CB2在富营养水体的磷吸附及资源回收提供了大量的理论基础。     

磁流体改性制备磁性肉骨生物炭及其对Cd2+的吸附特性

病死水产品(以非正常死亡鲤鱼为例)制成肉骨生物炭(Carp meat bone Biochar,CBC)应用于Cd2+污染修复,是实现水产养殖废弃物无害化、减量化和资源化处置的新途径.采用磁流体对CBC进行改性制备磁性肉骨生物炭(Magnetic Carp meat bone Biochar,MCBC),并考察磁流体改...     

魔芋葡甘聚糖酯化改性产物对空气中SO2吸附及抑菌效果研究

以魔芋葡甘聚糖为原料，分别采用苯甲酸、醋酸和没食子酸对魔芋葡甘聚糖进行酯化改性，研究了改性pH值、温度及改性处理时间对改性产物吸附空气中SO₂和抑菌效果的影响，优化了改性工艺参数，得到了有较好使用效果的天然的有机大分子空气净化材料。研究结果表明：当采用苯甲酸为魔芋葡甘聚糖酯化改性剂时，改性产物对空气中的SO₂吸附效果和抑菌作用效果优于使用醋酸和没食子酸的改性产物。其改性处理温度50℃，反应时间2 h，pH值3，改性反应产物对空气中SO₂的吸附率可达98.7%，抑菌率可达到86.3%。     

油料作物秸秆生物炭对水体中铅离子的吸附特性与机制

为探索利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体中Pb~(2+)污染的可行性,以农业废弃物胡麻秸秆和油菜秸秆为原材料,采用限氧裂解法在700℃条件下制备油菜秸秆(rape straw)生物炭和胡麻秸秆(flax straw)生物炭,通过2种生物炭对Pb~(2+)的批量吸附试验,利用4种吸附动力学模型(拟一级动力学、拟二级动力学、Elovich模型和颗粒内扩散模型)和4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich、Temkin和D-R模型)研究了胡麻和油菜秸秆生物炭对Pb~(2+)的吸附行为。同时,通过(brunauer emmett teller,BET)比表面积和孔径分析、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的结构和性质进行了表征,初步探讨了2种生物炭对Pb~(2+)的吸附机制。结果表明,胡麻和油菜秸秆生物炭分别在4 h和10 h达到吸附平衡,理论最大吸附量分别达到220.07和307.59 mg/g;2种生物炭对Pb~(2+)的吸附符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,表明其吸附过程为单分子层吸附;2种生物炭对Pb~(2+)的吸附作用为物理-化学复合过程,吸附机制主要包括静电作用、离子/配体交换、阳离子–π作用。研究结果可为油料作物秸秆的资源化利用和生物炭对水中重金属污染防治提供理论依据。     

Comparison of single and competitive metal adsorption by pepper stem biochar

Carbon-based sorbents have been proven to be cost-effective in removing pollutants from wastewater. Biochar from plant residue and agricultural waste is an emerging treatment technology. However, there is a limited number of studies on the effects of various biochar sources on metal adsorption. The aim of this study was using batch experiment to evaluate the adsorption of heavy metals in single- and multi-metal conditions onto pepper stem biochar. The maximum adsorption capacities (mg g^?1) of metals by pepper stem biochar were in the order of Pb (131) ? Cr (76) > Cd (67) > Cu (48) > Zn (31) in the single-metal adsorption isotherm and Pb (91) ? Cu (39) > Cr (29) > Zn (20) > Cd (13) in the multi-metal adsorption isotherm. Lead was the most retained cation, whereas Cr and Cd could be easily exchanged and substituted by other metals (Pb or Cu). For pepper stem biochar, the Langmuir model provided a slightly better fit than the Freundlich model. Results from the batch experiments show that competitive adsorption among metals increases the mobility of these metals. Particularly, Cd adsorption capacity in multi-metal conditions was significantly reduced. Overall, the results suggested that competitive adsorption studies are necessary for obtaining an accurate estimation of the metal retention capacity of pepper stem biochar in natural environments.     

秸秆生物碳质吸附剂的制备及其吸附性能

为了开辟一条废弃生物质材料利用的新途径,该研究以小麦秸秆为生物质材料,通过中低温区间限氧升温熔融碳化方法制备生物碳质吸附剂,并以铜离子为例,研究吸附剂对废水中重金属的吸附性能。结果表明：在中低温区间（200～500℃）制备的吸附剂产率高、能耗小、制备工艺简单、吸附速率快、达到平衡时间短,最慢的吸附剂（P200）需要3 h达到吸附平衡,最快的吸附剂（P500）仅需0.5 h就达到吸附平衡。30℃时吸附剂P500对铜离子的饱和吸附量为11.19 mg/g。吸附动力学过程符合Lagergren准二级反应动力学模型,吸附等温线符合Langmuir方程,分离因子RL值在0～1之间,为有利吸附。扫描电镜分析显示,随着碳化温度的升高,秸秆的微孔变形程度加剧,增大了表面粗糙程度,孔道效应更易发挥,从而提高吸附性能,为生物质吸附剂的工程应用提供参考。     

生物碳促进水稻土镉吸附并阻滞水分运移

该文以研究生物碳施加对中国南方酸性水稻土中镉的吸附能力和水分运移能力的影响为研究目的。以中国南方稻田耕层(0～20cm)和下层(>60～80cm)的土壤为研究对象,采用批量平衡法研究不同的生物碳添加量及其粒径对土壤中重金属镉吸附的影响;采用柱法研究生物碳对土壤水分运移能力的影响。结果表明,生物碳添加可提高土壤pH值,对于耕层土壤,细碳(粒径为<0.075mm)添加量为3%、6%、9%时,土壤pH值分别提高了1.04、1.45和1.50;粗碳(粒径为0.5～1mm)添加量为3%、6%、9%时,土壤pH值分别提高了0.42、0.97和1.15;但pH值的增量会随生物碳添加量的增加而减缓。利用Freundlich、Henry、Langmuir和Temkin模型对土壤中镉的吸附进行拟合,可得在试验浓度范围内,Freundlich模型的拟合结果最好,其相关系数R2均在0.99以上。生物碳可提高土壤对镉的吸附能力且细碳对于提高土壤对镉吸附能力的效果更为显著。耕层土壤中细碳添加量为3%、6%、9%时,Freundlich模型中的吸附系数K分别增加了106.63%、182.32%和240.51%;下层土壤中细碳和粗碳添加量为3%时,Freundlich模型中的吸附系数K分别增加了39.72%和7.12%。就2种粒径的供试生物碳而言,生物碳的添加比例越大、颗粒越细越容易导致土壤的水分运移能力降低。细碳添加量为1%时,即可造成土壤水分运移能力明显降低,而粗碳添加量为3%时,土壤水分运移能力没有显著变化。因此,实际生产中应综合考虑生物碳对土壤理化性质的影响来确定生物碳添加量及粒径范围,宜施加粗碳且适宜的添加量为3%左右。该研究可为水稻土中生物碳的施加量及粒径选择提供参考。     

有机胺改性生物质焦改善SO2的吸附性能

为改善生物质焦的吸附性能,以玉米芯为原料,在N2和CO2气氛下以"一步法"制备活性焦,再经有机胺甲醇溶液浸渍,获得改性生物质焦。在120℃下研究改性焦的SO2吸附特性,获得吸附穿透曲线和吸附量,并对脱硫前后固体焦颗粒的理化结构及元素组成进行分析,探讨浸渍剂浓度对改性生物质焦理化特性及其SO2吸附性能的影响。结果表明,随着有机胺浓度的增加,焦炭表面氮含量和表面官能团数量明显增加,但孔隙结构恶化,而SO2吸附出现先降后增的趋势,CC850-10%的饱和吸附量达156.22 mg/g,相较于前驱体的57.78 mg/g,吸附性能显著提升。有机胺浸渍改性通过增强化学吸附作用,可有效改善生物质焦的吸附性能。研究结果对于生物质焦应用于烟气净化技术具有参考价值。     

生物炭处理下干湿交替灌溉稻田活性氮气体排放特性

干湿交替灌溉具有节水稳产等优势,但也存在促进NH₃挥发和增加N₂O排放的风险。而生物炭具有改善土壤、蓄水保肥、降低温室气体排放等诸多正效应。为探究干湿交替灌溉条件下稻田活性氮气体排放(主要为NH₃和N₂O)对添加生物炭的响应机制,设置不同灌溉模式(淹灌和干湿交替灌溉)和生物炭用量(0和20 t/hm2)2个因素4个处理,通过2020和2021年大田原位试验,对稻田土壤环境、NH₃挥发、N₂O排放、植物氮素吸收和产量等进行了研究。结果表明,2 a间,干湿交替灌溉对水稻产量均未产生显著影响(P>0.05),但却显著增加了NH₃挥发(仅2020年)和N₂O排放(P<0.05),增幅分别达到8.9%和105.0%～115.0%;而添加生物炭显著降低了NH₃挥发(8.7%～20.5%)和N₂O排放(21.6%～24.2%)(P<0.05),减少9.0%～20.6...     

Adsorption and degradation of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid in spiked soil with Fe0 nanoparticles supported by biochar

This work studies the adsorption and degradation of 2,4-dichlorophenoxyacetic (2,4-D) in spiked soil with nanoscale Fe⁰ particles (nFe⁰) and biochar derived from maize straw. When biochar concentration was high, the adsorption capacity of soil was enhanced. Furthermore, 2,4-D degraded completely at loading rates of 0.33 and 0.17 g/L nFe⁰ plus biochar (initial 2,4-D concentration of 10 mg/g) within 40 h, according to equilibrium data. Additionally, the theoretical concentration of chloridion was approximately 84%. Further analysis indicated that the effect of nFe⁰ on 2,4-D degradation was weaker in soil columns than that in soil slurry. By contrast, 2,4-D degradation is positively influenced by biochar application, which prevented the aggregation and corrosion of Fe nanoparticles. Although the enhanced capacity for 2,4-D adsorption on the soil decelerated dechlorination rate, long-term nFe⁰ activity was generated. After 72 h, the efficiency of 2,4-D degradation was approximately 53.2% in the soil columns with biochar support.