生物炭固定化硝化菌去除水样中氨氮的研究

以稻壳生物炭为载体,将硝化菌固定在稻壳生物炭上,考察氨氮浓度、pH和温度对氨氮去除影响的基础上,研究了固定化硝化菌剂对氨氮的去除效果。结果表明,将硝化菌固定在生物炭上,既保留了生物炭对水体中氨氮的吸附性能,又可以充分发挥微生物的高效降解作用。常温条件下,对于初始氨氮浓度≤300mg/L的水样,调节水样pH为7.5,控制水样溶解氧浓度为1.5mg/L左右,稻壳生物炭固定化硝化菌剂对氨氮去除率可达85%。     

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。     

固定化四爿藻的制备及其去除养殖废水中氮·磷的效果

[目的]探究固定化四爿藻去除养殖废水中氨氮(NH_4~+-N)、亚硝酸氮(NO_2~--N)和活性磷酸盐(PO_4~(3-)-P)的效果。[方法]采用海藻酸钠固定化包埋技术开展了四爿藻固定化培养,探究了藻球直径、藻细胞包埋密度、海藻酸钠浓度及氯化钙浓度等条件对四爿藻固定化培养的影响。同时测定了固定化四爿藻去除养殖水体中NH_4~+-N、NO_2~--N、PO_4~(3-)-P的效果。[结果]四爿藻固定化培养的优化条件为藻球直径为4 mm、藻细胞包埋密度为1.82×10~4个/mL、海藻酸钠质量浓度为10 g/L及氯化钙浓度为20 g/L;在石斑鱼养殖废水中引入固定化四爿藻,试验第3天,NH_4~+-N去除率达98.87%、NO_2~--N去除率达98.33%和PO_4~(3-)-P去除率达83.70%。[结论]采用海藻酸钠固定化包埋技术不影响四爿藻的生理活性;固定化四爿藻应用于净化养殖水环境具有很好的前景。     

固定化菌藻系统去除氨氮影响

通过正交试验法确定了以PVA为主要包埋骨架 ,添加其它有助于提高包埋效果添加剂的混合载体法 ,固定化菌藻混合微生物 ,处理以NH4Cl和蔗糖为主的合成废水。考察了影响固定化工艺及氨去除的各种因素 ,SBR反应器初始间歇式实验结果表明 :在 2 5～ 2 8℃ ,颗粒投加量 8% ,3 5hHRT ,进水NH4-N负荷0 .1 2kg/ (m3 ·d)的条件下 ,NH+ 4 -N的去除率达 96.8%。     

生物炭对鸡粪堆肥过程中氨气排放的影响

通过鸡粪与玉米叶共堆肥试验,研究小麦秸秆生物炭、稻壳生物炭对共堆肥过程中碳氮比(C/N)、铵态氮(NH_4~+-N)及氨气(NH_3)挥发的影响。堆肥中2种生物炭分别以干质量分数的5%、10%、15%添加,结果表明,在堆肥过程中,添加3种比例的小麦秸秆生物炭处理(B_1、B_2、B_3)、稻壳生物炭处理(B_4、B_5、B_6)堆体的C/N减少量比对照的C/N减少量分别多0～2、2～4;NH_3排放浓度较比照分别降低了63.75%、78.44%、91.50%和70.13%、80.75%、92.63%。另外,在堆体NH_3排放高峰期,添加生物炭堆体的NH_4~+-N含量均明显低于对照,且NH_4~+-N含量随生物炭添加量的增加而减少。由结果可知,生物炭的添加可以降低堆肥过程中NH_3的挥发并促进保氮过程,且比表面积更大的稻壳生物炭对抑制NH_3排放的效果更好。     

生物炭固定化微生物对U、Cd污染土壤的原位钝化修复

为考察固定化微生物对铀(U)、镉(Cd)污染土壤的钝化效果,研究筛选出对U、Cd都有较高去除率的微生物组合,以生物炭为固定化载体,通过吸附和包埋两种固定方法制作成复合钝化剂,探究施加两种复合钝化剂和单独施加生物炭3种处理对土壤理化性质和可提取态U、Cd的影响。研究结果表明:四种微生物组合对U、Cd都有去除作用,综合考虑枯草芽孢杆菌、柠檬酸杆菌和蜡样芽胞杆菌等比组合的去除率最优,用于进一步研究。各钝化处理后,土壤的pH值升高,且随着钝化剂添加量的增加,pH呈上升趋势。各钝化处理组中土壤阳离子交换量与有机质含量均有所升高,其中,生物炭处理组对土壤阳离子交换量的提高效果最为显著。3个处理组相比,生物炭处理组和吸附固定微生物生物炭处理组中有机质增加较包埋固定微生物生物炭处理组效果显著。各钝化处理后,土壤中可提取态的U、Cd含量均有所下降,且随着钝化时间的延长,可提取态的U、Cd含量持续降低。3种钝化剂的钝化效果有所差异,即吸附固定微生物生物炭处理组生物炭处理组包埋固定微生物生物炭处理组,随着添加量的增加,钝化效果显著。该研究结果表明,固定化微生物方法在修复土壤重金属污染方面有着很大的潜在应用价值。     

海藻酸钠-生物炭联合固定化菌株降解2-羟基-1,4-萘醌

[目的]采用联合固定化微生物技术对降解菌Pseudomonas taiwanensis LH-3进行固定,以期为稳定高效降解2-羟基-1,4-萘醌提供理论依据。[方法]通过往20 g·L~(-1)海藻酸钠(SA)中添加2.5 g·L~(-1)生物炭(biochar,马尾松树干700℃高温缺氧热解所得),同时以0.2%接种量接入2-羟基-1,4-萘醌降解菌LH-3,制成联合固定化菌(SA+biochar+bacteria),并考察其结构性能;通过与不添加生物炭的海藻酸钠+菌(SA+bacteria)等4种对照处理进行比较,研究联合固定化菌对2-羟基-1,4-萘醌的降解特性;通过与海藻酸钠+菌处理作比较研究联合固定化菌重复利用性能;通过与游离菌作比较,考察不同环境因素对联合固定化菌降解性能的影响以及联合固定化菌在SBR反应器中的连续降解效果。[结果]联合固定化小球的比表面积为22.26 m~2·g~(-1),而不添加生物炭的海藻酸钠+菌小球比表面积为4.02 m~2·g~(-1);联合固定化菌降解过程中可以充分发挥生物炭吸附和微生物降解联动作用;联合固定化菌与游离细菌相比可耐受更高的底物浓度,适应更广的p H值和温度范围,对重金属的耐受性增强并可以多次循环利用;在实验室规模的SBR反应器中,联合固定化菌可在所观测的24个循环内持续稳定地降解2-羟基-1,4-萘醌。[结论]在海藻酸钠+菌小球中添加生物炭增加了小球的比表面积和降解性能,提高了菌株对外界环境变化的耐受性和重复利用效率以及在SBR反应器中的降解稳定性。     

固定化藻菌净化水产养殖废水效果及固定化条件优选研究

为研发净化水产养殖废水的菌藻固定化体,以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa Chick)、光合细菌(Photosynthetic bacteria,PSB)和海藻酸钠、CaCl_2等为试验材料,采用正交法等方法,研究了菌藻固定球的制备方法与条件,比较分析了固定化菌藻球对养殖废水的净化去除效果。结果表明,包埋蛋白小球藻和光合细菌的最适条件为2%海藻酸钠与6%氯化钙交联24 h。养殖废水中,藻菌固定球在1~4 d对PO_4~(3-)-P去除率显著高于蛋白核小球藻和光合细菌(P0.05),在5~8 d对NH_4~+-N去除率也显著高于后两者。固定化菌藻球在24℃对磷和氮去除率最高分别可达84%和95%。本研究表明,合理的固定和使用菌藻结合体可显著提高对养殖废水的净化效率,使用藻菌固定化球净化养殖废水比单独使用菌类或藻类效果更好。     

生物炭固定SM3菌剂的制备及其对三唑酮的降解研究

针对环境中存在的三唑酮污染问题,本研究以生物炭为载体,一株三唑酮高效降解菌(Stenotrophomonas maltophilia) SM3为固定化菌种,采用吸附法制备成固定化菌剂。从4种生物炭中优选出具有比表面积较大、吸附性能好等特点的固定化载体,并对其制备条件进行优化,在此基础上,评估生物炭固定化菌剂的稳定性及其对三唑酮的降解效果。结果显示,4种生物炭中,油茶壳生物炭比表面积及孔隙大、官能团含量丰富、固定化菌剂对三唑酮降解效果优于其他3种,选择其作为固定化SM3菌的载体。单因子优化试验表明,在载体投加量20 mg·mLP＞-1P＞,SM3接菌量5%,固定温度30℃,固定时间36 h所制备的固定化菌剂对三唑酮的降解率可达93.27%。最佳条件下制备的固定化菌剂在4℃及室温(25~35℃)条件下存放28 d后对三唑酮的降解率仍可达到81.73%和58.18%,菌剂降解效果具有良好的稳定性。油茶壳生物炭固定化SM3菌剂的制备,为解决环境中三唑酮污染问题提供了良好的生物修复材料。     

不同载体固定化恶臭假单胞菌及其去除铜离子的效果研究

对石英砂、活性炭和火山岩滤料3种载体进行了扫描电镜观察,比较了3种载体固定化恶臭假单胞菌的效果,并对火山岩滤料固定化恶臭假单胞菌吸附铜离子的效果进行了研究。结果表明:3种多孔载体固定化效果顺序为火山岩滤料>活性炭>石英砂。空白滤料、固定化野生菌和固定化重组菌在吸附Cu2+12 h后,Cu2+的吸附率分别为70.09%、78.76%和83.30%。孔径为2～4 mm的火山岩滤料固定化重组菌去除Cu2+的效果最好。本研究结果为寻找微生物处理废水后的回收方法提供了科学依据。     

添加生物炭对海南燥红壤N2O和CO2排放的影响

为探讨海南燥红壤N_2O和CO_2排放对生物炭添加的响应,通过室内培养试验分析生物炭加入后对土壤化学性质、NH_4~+-N和NO_3~--N含量以及N_2O和CO_2排放通量及累积排放量的影响。试验设置CK(不施生物炭)、B1(2%生物炭)、B2(4%生物炭)、B3(6%生物炭)4个处理。结果表明:添加生物炭后,土壤有机质、全氮和速效钾含量显著提高,较CK增幅分别为67.4%～246.6%、38.6%～90.9%和696.0%～1 764.7%。相比于CK,不同量生物炭添加后均导致了NH_4~+-N和NO_3~--N含量降低,总体上,不同处理NH_4~+-N浓度表现为CKB3B2B1,NO_3~--N含量表现为CKB1B2B3;随培养时间增加,各处理NH_4~+-N浓度呈下降趋势,NO_3~--N含量呈上升趋势。生物炭施用延后了N_2O排放通量出现峰值的时间。各处理之间N_2O和CO_2排放通量的变化过程大致表现出一致的趋势,即随培养时间延长,N_2O排放通量先升高后降低,CO_2排放通量先升高后趋于稳定。和CK相比,生物炭添加不同程度地促进了N_2O和CO_2排放,B1、B2和B3处理下N_2O累积排放量分别增加了399.2%、494.2%和194.5%,CO_2排放总量分别增加了87.6%、153.3%和147.6%。本研究结果显示,生物炭施用短期内促进了土壤N_2O和CO_2的排放通量。     

3种新型改性玉米秸秆生物炭对Cd2+吸附特性的比较

为比较3种新型改性生物炭对溶液中镉（Cd）的吸附行为,以玉米秸秆生物炭为原料,制备巯基改性生物炭（S-BC）、铁改性生物炭（Fe-BC）和氮掺杂生物炭（N-BC）,分析改性前后生物炭的元素组成、比表面积、表面官能团等性质的变化,通过系统的吸附试验,比较3种改性生物炭对Cd的吸附性能和作用机理。结果表明：与未改性生物炭（BC）相比,N-BC和Fe-BC比表面积分别增加了6.3和9.0倍,总孔体积分别增加了2.68和4.08倍。S-BC因改性后表面光滑,使得生物炭比表面积减小,但其表面官能团变化明显,S-BC在2 977 cm^-1处出现新的吸收峰对应脂肪族（C-H）的伸缩振动,而且在1 089 cm^-1、1 044 cm^-1位置出现双特征吸收峰。3种生物炭对Cd²⁺的吸附主要为化学吸附过程为主,且Langmuir吸附等温线模型所拟合的热力学吸附优于Freundlich吸附等温模型,推测N-BC、Fe-BC、S-BC 3种生物炭对Cd²⁺的吸附过程为单分子层物理吸附。通过Langmuir模型计算可以得到几种生物炭对Cd²⁺最大吸附量表现为Fe-BC (69.11 mg·g^-1) > N-BC (61.92 mg·g^-1) > S-BC (53.85 mg·g^-1) > BC (40.34 mg·g^-1)。     

洱海近岸菜地不同土壤发生层的NH4+-N吸附解吸特征

采用等温吸附-解吸试验研究了洱海近岸菜地不同土壤发生层(耕作层A、犁底层P、潴育层W和潜育层G)NH_4~+-N的吸附解吸特征,并分析了吸附-解吸参数与土壤基本理化性质的关系,旨在为洱海近岸菜地不同土壤发生层氮素通过浅层地下水向洱海水体扩散通量的确定提供重要参数。结果表明:不同土壤发生层NH_4~+-N的等温吸附-解吸特征分别符合Langmuir模型和一元线性方程,而且不同土壤发生层NH_4~+-N的吸附-解吸过程具有不可逆性,解吸存在滞后性;不同土壤发生层NH_4~+-N的饱和吸附量(Q0)为435.597~982.757 mg·kg~(-1),NH_4~+-N平衡浓度(ENC0)为0.370~0.661 mg·L~(-1),解吸速率(K3)为0.281~0.729。土壤对NH_4~+-N的吸附能力为A层P层W层G层,而解吸能力与此相反。土壤中粉粒、黏粒含量和砂粒级微团聚体与Q0、最大缓冲容量(MBC)、ENC0呈正相关关系,与K3呈负相关关系。Q0、MBC、ENC0与不同土壤发生层OM、TN和NH_4~+-N呈正相关关系,与总铁、总锰和pH呈负相关关系,而K3有相反的变化。     

不同生物质来源生物炭品质的因子分析与综合评价

【目的】建立一套适合生物炭品质评价的方法,探求影响生物炭品质的主要影响因子。【方法】选用8种不同生物质材料,在3种温度下制备并获得24种生物炭材料(Y1～Y24),测定16项相关品质指标,采用隶属函数法对各项指标数据进行转化,采用软件SPSS19.0进行因子分析,采用四次方最大旋转法获得因子载荷矩阵,计算样品每个公因子分值与相应权重之积的累加和,得到综合评价分值。对16项指标进行相关性分析和因子分析,建立基于因子分析的生物炭品质的综合评价体系,并根据综合评价得分对生物炭进行优良度排序。【结果】24种生物炭16个品质指标经因子分析,提取了5个特征根1的公因子,累计方差贡献率达到77.910%,第1公因子以C含量、阳离子交换量(CEC)和pH贡献率较大,达到31.090%,第2公因子以比表面积和孔容贡献率较大,达到19.878%,第3公因子以H原子含量贡献率较大,达到12.819%,第4公因子以磷、钾含量贡献率较大,达到7.479%,第5公因子以NH4+-N吸附量贡献率较大,达到6.643%。【结论】因子分析方法可以作为评价生物炭品质的方法,根据因子分析评价方法,确定影响生物炭品质最关键的因子是化学性质因子(C含量、C/N比、C/H比、pH、CEC)、物理性质因子(比表面积和孔容)、活化能量因子(H原子含量)、营养因子(P和K含量)和氨态氮吸附能力因子。     

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)。     

抑制剂NBPT/DCD不同组合对灌区碱性灌淤土中氨挥发及有效氮积累量的影响

脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)对抑制尿素土壤氨挥发损失和提高土壤有效氮积累量有很大潜力,但2种抑制剂配合施用对灌区强碱性灌淤土尿素施用后氨挥发损失和有效氮积累量的抑制作用尚不明确。为此,选取灌区碱性灌淤土为研究对象开展室内试验,设置NBPT与不同浓度DCD组合下的6个处理,对照为单施尿素,研究NBPT及其与不同浓度DCD组合下的尿素土壤氨挥发和有效氮积累量的变化特征及作用效果。结果表明,在没有添加抑制剂的碱性灌淤土中,尿素施用后短期内(3 d左右)土壤氨挥发速率和NH+4-N积累量达最大值;在施肥后第8 d土壤氨挥发总量和NO-3-N积累量达最大值;添加抑制剂NBPT/DCD可显著降低施肥初期(5 d内)氨挥发速率,且有效减少施肥初期累积氨挥发量;单独添加相当于尿素氮量0.1%的NBPT,累积氨挥发量较CK降低了64%,施肥初期土壤NH+4-N和NO-3-N积累量显著低于CK。NBPT和DCD组合研究结果表明,在NBPT添加浓度为尿素氮量的0.1%,DCD为1%的低浓度水平下,土壤累积氨挥发量较CK降低了16.7%,同时土壤NH+4-N积累量增加趋势缓慢,但硝化抑制率在施肥的第5 d后快速下降,土壤NO-3-N积累量快速增加,氮素淋溶损失的风险加大;随着DCD添加浓度增加(2%~5%),其硝化抑制率显著增加,土壤NO-3-N积累量显著降低,但氨挥发损失量显著增大;相关性分析得出,土壤氨挥发速率与NH+4-N积累量呈正相关,与NO-3-N积累量呈负相关。综合分析得出,0.1%NBPT配施2%~3%的DCD时,土壤氨挥发损失量相对较低,土壤有效态氮积累量较高,且在土壤中滞留时间相对较长,可推荐为灌区碱性灌淤土尿素氮肥与2种抑制剂配施的最佳组合。     

铵态氮及硝态氮配比对香蕉幼苗氮素吸收动力学特征的影响

【目的】探究不同铵硝配比条件下香蕉幼苗对铵态氮、硝态氮两种形态氮素的吸收特性以及两种氮源离子相互作用对香蕉氮素吸收动力学特征的影响,筛选最适于香蕉氮素吸收利用的铵硝配比,为香蕉氮素营养高效吸收提供理论依据。【方法】依据养分吸收动力学原理,利用改进的耗竭法研究不同铵硝配比营养液中巴西品种香蕉（Musa AAA Giant Cavendish cv. Brazil）幼苗对铵态氮、硝态氮以及总氮的吸收动力学特征。设7个处理：100%铵态氮（100%A）、90%铵态氮+10%硝态氮（90%A+10%N）、70%铵态氮+30%硝态氮（70%A+30%N）、50%铵态氮+50%硝态氮（50%A+50%N）、30%铵态氮+70%硝态氮（30%A+70%N）、10%铵态氮+90%硝态氮（10%A+90%N）和100%硝态氮（100%N）。每个处理设9个氮浓度梯度：0、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、3、4 mmol·L^-1。【结果】不同铵态氮﹕硝态氮配合条件下,香蕉苗吸收铵态氮、硝态氮及总氮的规律均符合Michaelis-Menten酶动力学方程,其动力学方程达到极显著水平。NH₄⁺-N比例在10%-70%时,随着NO₃^--N比例的增加,可以增加香蕉幼苗对NH₄⁺-N的吸收速率。在NH₄⁺-N比例为70%时,NH₄⁺-N的最大吸收速率（Vmax）最大,为55.56 μmol·g^-1·h^-1,NH₄⁺-N比例超过70%会降低香蕉幼苗对NH₄⁺-N的吸收速率。香蕉幼苗对NO₃^--N的吸收速率呈现随营养液NH₄⁺-N比例的增加而显著降低的规律。NH₄⁺-N比例从10%增大到90%时,NO₃^--N的Vmax降低了2.62倍,增加NH₄⁺-N的比例明显抑制香蕉幼苗对NO₃^--N的吸收。铵硝配比对香蕉根系与NH₄⁺-N和NO₃^--N的亲和力影响无明显规律。在铵硝配比为3﹕7时香蕉总氮Vmax达到83.33 μmol·g^-1·h^-1,明显高于其他处理,最有利于香蕉吸收利用氮素。【结论】NH₄⁺-N比例低于70%时,增加NO₃^--N比例可以促进香蕉幼苗对NH₄⁺-N的吸收,NH₄⁺-N比例高于70%时,增加NO₃^--N比例抑制NH₄⁺-N的吸收。增加NH₄⁺-N的比例明显抑制香蕉幼苗对NO₃^--N的吸收,铵硝配比为3﹕7最有利于香蕉吸收利用氮素。     

生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响

为了探讨生物质炭对黑土吸附-解吸硝态氮性能的影响,减少黑土中硝态氮的淋失、提高氮肥利用率以及为农业废弃物资源化利用提供理论依据,采用培养试验,应用Langmuir方程和Freundlich方程,研究了添加不同来源(玉米秸秆、稻壳、松木)和不同添加比例(0.6%、1.2%、3.6%、6%)生物质炭对黑土中硝态氮(NO_3~--N)的吸附和解吸特征。结果表明,施用生物质炭可增加黑土对NO_3~--N的吸附量,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的吸附量最大;施用玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最大(实际最大吸附量为0.929 mg·g~(-1)),施用松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附量最小(实际最大吸附量为0.578 mg·g~(-1))。施用生物质炭可降低黑土对NO_3~--N的解吸率,且三种生物质炭的添加比例为3.6%时,土壤对NO_3~--N的解吸率最低;添加玉米秸秆生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最低,添加松木生物质炭的黑土对NO_3~--N的解吸率最高。不同生物质炭对NO_3~--N的吸附能力表现为玉米秸秆稻壳松木;对其解吸能力表现为玉米秸秆稻壳松木。生物质炭及添加生物质炭的黑土对NO_3~--N的吸附过程符合Langmuir方程。     

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。     

黄腐酸改性膨润土对氮素淋失和氮肥利用率的影响

为探究黄腐酸改性膨润土在氮减量条件下对棕壤氮素淋溶及氮肥利用率的影响,通过等温吸附试验,研究黄腐酸改性膨润土对NH₄⁺-N和NO₃^--N的吸附性能。采用土柱淋溶试验和玉米盆栽试验明确不同施氮浓度下配施黄腐酸改性膨润土对氮素淋失和籽粒氮肥利用率的影响,试验设置3个氮肥浓度,分别为农民习惯施肥（CN）、氮肥减量15%（CN1）、氮肥减量30%（CN2）,并对3个施氮水平添加土质量0.2%的黄腐酸改性膨润土（XCN、XCN1、XCN2）。结果表明：黄腐酸改性膨润土对土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N的吸附过程可用Langmuir模型较好地拟合,最大吸附量分别为27.28 mg·g^-1和43.37 mg·g^-1。黄腐酸改性膨润土可有效降低土柱NH₄⁺-N和NO₃^--N的淋失,与CN处理相比,XCN处理NH₄⁺-N累计淋失量降低13.5%,XCN、XCN1、XCN2处理NO₃^--N累计淋失量分别降低38.13%、18.56%和35.75%。黄腐酸改性膨润土可显著提高土壤中氮素的留存和玉米籽粒的氮肥利用率,XCN、XCN1、XCN2处理比CN、CN1、CN2处理籽粒氮肥利用率分别提高7.94%、10.07%、79.17%。研究表明,黄腐酸改性膨润土在氮减量条件下可有效降低土壤氮素淋失,提高作物氮肥利用率,具有潜在的农艺价值。