污泥基生物质炭的制备及其对水中铜的吸附研究

以城市污泥为原料,采用热解法制备生物质炭,以水体中Cu~(2+)为吸附目标,探究了活化剂浓度、浸渍比、浸渍时间、炭化温度及炭化时间对污泥基生物质炭制备的影响,并对最佳条件下制备的污泥基生物质炭进行了吸附等温线及吸附动力学分析。结果表明:污泥基生物质炭的最佳制备条件是活化剂浓度为15%,浸渍比为1∶1,浸渍时间为4 h,炭化温度为750℃,炭化时间为40 min。吸附过程符合准二级反应动力学模型,等温吸附曲线遵循Freundlich等温线模型,说明污泥基生物质炭对Cu~(2+)的吸附为多层吸附。     

农作物秸秆基生物质炭的制备及其吸附性能研究

<正>我国早期对污染防治并不重视,直到上世纪七八十年代才开始进行污水处理的相关事业,这使得我国污水处理事业具有起步晚、发展快的特点。在改革开放后的三十余年中,我国的污水处理事业有了长足进步。虽然如此,我国污水处理事业的发展还是难以平衡人口高速发展和快速的工业化以及城镇化带来的巨大压力,总体上来讲,我国的污水发展还处在初级阶段,仍有很多制约因素妨碍其发展[1-3]。亚甲基蓝(Methylene blue)作为一种阳离子染料,是典型的水溶性印染剂,在众多行业有广泛使用[4,5]。     

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。     

废报纸生物质炭的制备及对铜离子的吸附性能

  目的  以废报纸为原料,通过氮气（N₂）保护在不同热解温度下制备生物质炭,并探讨废报纸基生物质炭对铜离子（Cu2+）的吸附性能和吸附机制。  方法  采用元素分析、比表面积分析仪（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和原子吸收光谱仪（AAS）等对生物质炭进行表征。  结果  所制备的生物质炭具有多孔结构,比表面积高（211 m2·g-1）,有利于从水中去除Cu2+。生物质炭的物理和化学性质随着热解温度的变化而变化。随着热解温度的升高,生物质炭的芳香性、比表面积、pH和灰分含量逐渐增加,而氢、氮和氧含量下降。同时进行批量吸附试验,分析溶液初始pH、吸附时间、初始浓度、不同吸附温度对生物质炭吸附容量的影响。热解温度为400、500、600℃的生物质炭在30℃、pH为5.0的条件下最大吸附容量分别为107、115和138 mg·g-1。伪二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型能很好地模拟吸附过程,表明在此吸附过程中,化学吸附是限速步骤,吸附发生在吸附剂内特定的均相位点（单层吸附）。通过热力学模型计算所得ΔHo为正值,表明吸附过程是吸热反应。此外,生物质炭的吸附机制包括沉淀作用、离子交换、π-π作用和络合反应。  结论  本研究以废报纸为原料,所制备的生物质炭是具有一定应用前景的、环境友好的、高效的Cu2+吸附材料。     

负载FeOOH刺梨渣生物质炭对水中氟的吸附效果

【目的】明确负载FeOOH刺梨渣生物质炭对水中氟的吸附效果。【方法】以刺梨渣为原材料,采用醇助水热法制备了新型生物质炭FeOOH-BC。以水溶液中氟离子为目标污染物进行静态吸附实验,考察溶液pH、吸附剂投加量、吸附时间和初始浓度对氟离子吸附效果的影响。【结果】当吸附反应条件pH=6、T=25℃、氟离子初始浓度50 mg/L、吸附剂投加量0.05 g时,震荡吸附24 h,FeOOH-BC对氟离子去除率达95.27%。【结论】FeOOH的引入可以极大地提高生物质炭对氟离子的吸附性能,其可能以多层吸附与化学吸附为主。     

改性芦苇生物质炭对水中硝态氮的吸附特性

以芦苇为研究对象,采用负载铁盐的方法制备新型铁改性生物质炭,用于水体中硝态氮的去除。结合扫描电镜和红外光谱分析对芦苇生物质炭进行表征,探究不同改性方法、铁炭比、芦苇生物质炭投加量、pH值和共存离子等因素对芦苇生物质炭吸附硝态氮的影响,分析芦苇生物质炭的吸附动力学与吸附等温线特性。结果表明,超声静置的铁改性芦苇生物质炭记为CS-LWC吸附能力最强,在200 m L初始浓度为20 mg/L硝态氮溶液中投加1. 4 g CSLWC,对氮的去除率为85. 28%;酸性条件有助于铁改性芦苇生物质炭对硝态氮的吸附,而共存阴离子Cl-、H_2PO_4-、CO_32-会抑制其吸附; CS-LWC对水体中硝态氮的吸附过程符合准二级动力学模型,其饱和吸附量为3. 442 mg/g;吸附行为与Langmiur等温模型相符,为单层吸附。     

大薸生物炭对水中铜离子的吸附特征

以大薸(Pistia Stratiotes L.)为原料,在不同温度下烧制成大薸生物炭(BC),采用磁改性方法制得改性生物炭(MBC),研究两者对铜离子(Cu2+)的吸附性能,并采用准一级动力学、准二级动力学模型及Langmuir与Freundlich等温吸附模型对试验数据拟合.结果表明:未改性与改性大薸生物炭对Cu2+的平衡吸附浓度分别从55.49mg/g增加到74.01mg/g,58.87mg/g增加到75.20mg/g;随着烧制温度升高,生物炭比表面积增大,孔径变小,孔隙结构增加;生物炭吸附Cu2+过程更符合Langmuir模型与二级动力学模型,拟合系数R2均大于0.9;热解温度为500℃时,生物炭对Cu2+的吸附效果最佳,改性生物炭对Cu2+的吸附速率大于未改性生物炭.     

木屑和稻秆基生物质炭对汞的吸附特性比较

在600℃热解条件下制得木屑和稻秆两种生物质炭,用于比较不同类型的生物质炭对水溶液中重金属Hg(Ⅱ)的吸附特性,通过分析溶液p H值、吸附剂投加量和吸附时间对吸附的影响,探讨了其吸附动力学行为和汞的去除机理。实验结果表明,溶液p H值为5时,两种生物质炭对溶液中Hg(Ⅱ)的去除效果最佳;等温线数据能较好地拟合Langmuir方程,假二阶动力学方程则能较好地描述吸附动力学过程,由粒子内扩散模型分析可知两种生物质炭的吸附过程均受内扩散和膜扩散共同控制。SEM-EDS分析结果表明,生物质炭对Hg(Ⅱ)的吸附机制涉及离子交换作用,同时还可能包括还原作用和生物质炭羟基与羧基与汞的络合作用。     

生物质炭对高效氯氰菊酯的吸附效果研究

为降低蔬菜农药残留,缓解农作物秸秆带来的环境污染,以水稻秸秆为原料制作生物质炭,通过大田试验,研究了不同裂解温度(300℃和600℃)和不同施用量(4 t/hm2、12 t/hm2、24 t/hm2)的生物质炭对高效氯氰菊酯的吸附作用。结果表明:生物质炭对土壤中高效氯氰菊酯残留吸附效果比较明显,且吸附作用随施用量增大、裂解温度升高而增强;生物质炭对青菜中高效氯氰菊酯吸附作用不明显,但随着裂解温度升高,施用量增加,表现出一定的吸附能力;青菜种植过程中,选择施用600℃下裂解的生物质炭,施用量为24 t/hm2,对降低土壤和青菜中的农药残留效果最大,且最终残留量远低于农药最大残留量限量标准。     

生物质炭对牡丹江植烟土壤改良及烤烟品质的影响研究（英文）

为探讨生物质炭在改良植烟土壤和提高烤烟品质研究中的可行性,以牡丹江市宁安县黑土为供试土壤,研究了生物质炭对植烟土壤C/N、土壤微生物、烟株生长发育和烤后烟常规化学成分与中性致香成分的影响。结果表明:施加1800 kg/hm~2生物质炭后,可以提高植烟土壤C/N 31.79%,其土壤中放线菌数量是对照的3.8倍。施加生物质碳烤烟生长优势比较明显,株高、有效叶片数均显著高于对照,烤后烟中总糖和烟碱与对照差异不显著。土壤中施加1200 kg/hm~2生物质炭使烤后烟中钾含量提高11%,施加2400 kg/hm~2生物质炭使烤后烟中总糖含量提高5.40%。施加1800kg/hm~2生物质炭烤后烟茄酮的含量为对照的1.97倍。综合研究表明:植烟土壤中施加1200~1800 kg/hm~2生物质炭后,可达到改善土壤微环境,促进烟株大田的生长发育和提高烤后烟产质量的三重功效。     

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。     

生物质炭的制备工艺参数与吸附性能分析

生物质炭的理化性质主要受生物质炭的原材料和制备条件如温度、热解时间的影响。在预备性试验基础上,采用正交实验法对生物质炭的制备工艺参数进行工艺研究。根据生物质炭的特性,分析了稻壳,油茶内壳,鸡粪3种原料在不同热解时间和热解温度的组合上对制得生物质炭液相吸附性能的影响。结果表明,在试验设计取值范围内,原料种类对生物质炭吸附性能的影响较显著,其次热解温度,最后是热解时间。因此在此实验条件下,就生物质炭的液相吸附性能而言,较佳的制备工艺参数为:原材料为鸡粪,热解温度为700℃,热解时间为2 h。研究结果对提高生物质炭的经济效益和环境效益具有一定的参考意义。     

芦苇生物质炭的制备、表征及吸附性能

研究了在不同温度下制备的3种芦苇生物炭的基本理化性质及表观性能,以及不同时间、初始溶液pH值、初始溶液Pb2+浓度下这3种生物炭吸附率的变化。结果表明:对于3种生物炭的制备,随着温度升高,生物炭产率降低,灰分升高,pH值升高;随着热解温度升高,芦苇生物炭的C、N含量随之增加,而O、H含量随之降低;BET比表面积、Langmuir比表面积、T-plot微孔比表面积、BJH吸附累积比表面积均表现为L500L700L300;从生物炭对氮气吸附的量上看,存在L500L700L300的规律;吸附试验表明,500℃下制备的生物炭L500的吸附效果最佳,最佳吸附条件是初始溶液pH值为6,吸附时间为150 min,吸附温度为25℃。     

市政污泥生物质炭重金属含量及其形态特征

为了探索污泥资源化利用的新途径,在200、300、500和700℃下裂解温度下,将干燥的市政污泥制备成生物质炭,分析其主要重金属形态及其含量,了解裂解温度对污泥生物质炭重金属形态及其含量的影响.结果表明:高温裂解处理不仅影响污泥生物质炭重金属总量,而且还影响其形态.随着裂解温度提高,污泥生物质炭中重金属含量增加;低温(200℃)裂解处理导致汞损失殆尽,但提高了酸溶态As、Cd、Mn和Zn的含量;裂解温度超过300℃,重金属残渣态含量大幅度增加,比例占50％以上,可氧化态、酸溶态和可还原态重金属含量均随裂解温度的提高而降低.结果显示,尽管污泥生物质炭重金属含量比干燥污泥高一些,但大部分转化为生物有效性极低的残渣态.     

稻草生物质炭对3种可变电荷土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响

按土重的3%和5%向采自海南和广西的3种可变电荷土壤中添加由稻草制备的生物质炭,混合培养30d后用一次平衡法研究了生物质炭对土壤吸附Cd(Ⅱ)的影响及其与土壤表面电化学性质的关系,旨在阐明生物质炭促进可变电荷土壤吸附和固定Cd(Ⅱ)的机制。结果表明,添加稻草炭显著提高了3种土壤的阳离子交换量(CEC)和土壤pH,并使土壤胶体Zeta电位向负值方向位移。因此,添加稻草炭增加了土壤表面的负电荷量,土壤表面对Cd(Ⅱ)的吸附容量增强,使3种可变电荷土壤对Cd(Ⅱ)的吸附量增加,且Cd(Ⅱ)吸附量的增幅随稻草炭添加水平的提高而增加。Freundlich方程和Langmuir方程可以拟合3种土壤对Cd(Ⅱ)的吸附等温线,但Freundlich方程拟合效果更好,该方程表征吸附容量的参数k也随着稻草炭添加水平提高而增大。研究表明在pH3.0～5.0范围内,稻草炭均增加土壤对Cd(Ⅱ)的吸附量。添加稻草炭提高土壤pH,促进Cd(Ⅱ)的吸附,因为Cd(Ⅱ)的吸附量随pH升高而增加。解吸实验表明,添加稻草炭处理Cd(Ⅱ)的解吸量高于对照处理,说明生物质炭提高了土壤对Cd(Ⅱ)的静电吸附量。     

农业废弃物制备生物质炭对奶牛养殖废水中氨氮吸附行为研究

将玉米秸秆、花生壳、瓜子壳经高温炭化并活化后制成生物质炭,以奶牛养殖废水UASB反应器出水中的氨氮为吸附质,研究不同生物质炭对氨氮吸附动力学机理探讨。通过对动力学数据进行分析,根据相关系数R2比较发现准二级动力学方程比准一级动力学方程能更好的拟合动力学数据。Weber-Morris扩散模型拟合结果发现三种生物质炭对氨氮的吸附包括表面吸附和颗粒内扩散两个过程。吸附等温线拟合发现Freundlich方程R2分别为0.987,0.991,0.990能很好的描述生物质炭对氨氮的吸附过程。而Langmuir方程被证实不适合模拟研究中三种生物质炭对氨氮的吸附。花生炭被证实吸附量和吸附速率均大于玉米秸秆炭和瓜子炭。     

玉米秸秆制备活性炭吸附性能的试验研究（英文）

[目的]研究玉米秸秆制备活性炭的吸附性能。[方法]以玉米秸秆制备的粒状活性炭为研究对象,搭建了吸附性能模拟试验装置,采用静态重量法测试制备活性炭对甲醇的吸附能力。[结果]床内盛装同种试样炭料在同一吸附温度下,新型吸附床A(内置膜片式刺孔吸附质管)的吸附性能明显优于未进行结构改进的吸附床B,达到相同吸附量0.22 g/g时,A床吸附提前5 min;床内盛装不同粒径与同一粒径活性炭的对比试验,在同一吸附温度下,其吸附性能明显优于盛装同一粒径的,达到同一吸附量0.22 g/g时,吸附提前16 min;床内活性炭添加适量石墨粉可增强导热、强化吸附性能,最佳添加量为活性炭总量的20%;改性活性炭试验中,相比试验对照组经弱酸性溶液浸泡后活性炭可增强吸附性能,达到平衡吸附量87.1%时吸附提前了3 min。[结论]试验研究了吸附床结构、吸附床内盛装粒径不同炭粒、活性炭中添加不同量的石墨粉以及改性活性炭等对系统吸附性能的影响。     

椰壳炭对水中阿莫西林的吸附特性

为考察椰壳炭对水中阿莫西林的吸附特性,以活性炭为参照进行了吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学研究,结合扫描电镜、孔径与比表面积分析仪、傅里叶红外光谱仪对椰壳炭、活性炭形貌结构和物化性质的表征,分析了椰壳炭对阿莫西林的吸附机制。结果表明,25℃时椰壳炭对阿莫西林的吸附量是50.50 mg/g,高于活性炭的吸附量(48.02 mg/g);2种炭材料对阿莫西林的吸附均符合准二级动力学方程(R~20.991 9),表明吸附过程受2种以上因素共同影响;采用Langmuir与Freundlich方程对吸附等温结果进行了拟合,后者(R~20.938 7)拟合结果优于前者(R~20.928 8),表明炭材料对阿莫西林的吸附不是单分子层吸附;吸附热力学结果发现2种炭材料对阿莫西林的吸附过程是自发(ΔG0)吸热(ΔH0)熵变增大(ΔS0)的过程且吸附过程主要为物理吸附(ΔH40 kJ/mol)。     

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。     

不同活化剂改性污泥基生物炭材料的制备

以氢氧化钾与氯化锌为活化剂,分别活化城市污水处理厂的污泥与生物质竹屑,并分别热解制备了2种吸附性能良好的生物炭.结果表明,2种活化剂均有其适宜的热解终温和热解时间范围,制得的生物炭均具有良好的碘吸附值特征.采用扫描电镜、比表面积和孔隙率分析仪对生物炭的理化性质和多级孔结构进行了表征.浸渍预处理后,KOH提供了更多的功能组分,并与C反应,扩大了生物炭的孔结构.在600℃共热解后,比表面积达到1698.32m2/g,微孔面积为1052.90m2/g.