生物炭对沼液中氨氮的吸附效果研究

以废弃果树枝制备的生物炭(苹果枝炭和梨枝炭)为对象,研究吸附时间、种类、投加量、外观性状对沼液中氨氮吸附效果的影响。结果表明:沼液中氨氮去除率随着生物炭用量的增加而升高,最佳投加量为20 g/L,60 min内基本达到吸附饱和;不同原料制得的生物炭的吸附能力有所差别,苹果枝生物炭的吸附能力要强于梨枝生物炭;生物炭的外观性状对吸附能力的影响不明显。     

纳米生物炭对铵态氮的吸附-解吸效果研究

为研究纳米生物炭对铵态氮的吸附-解吸效果,以稻草秸秆为原料制得本体生物炭,并采用球磨法制备纳米生物炭,通过室内吸附-解吸试验与模型模拟相结合的方法开展研究。结果表明：相对于本体生物炭,纳米生物炭对铵态氮的吸附-解吸效果均表现出极显著的优势。纳米生物炭对铵态氮的吸附量随其投加量和初始溶液氮浓度的增大呈增加趋势,随后趋于平衡;其在pH为7的条件下对铵态氮的吸附效果最好;吸附时间为210 min时,吸附反应达到动态平衡。纳米生物炭对铵态氮的最大吸附量为6.91 mg/g,是相同条件下本体生物炭吸附量的2倍。纳米生物炭对铵态氮的吸附等温线和吸附动力学过程更适合用Langmuir方程和准二级动力学方程描述。纳米生物炭在解吸时间为240 min时,解吸反应达到动态平衡。纳米生物炭最大解吸量为6.051 mg/g,是相同条件下本体生物炭解吸量的1.9倍。准二级动力学方程能更好地描述纳米生物炭对铵态氮的动态解吸过程。纳米生物炭对铵态氮的吸附主要为单分子层吸附,以化学吸附方式为主,解吸过程可以看作是吸附反应的逆向过程。研究结果可为田间施用纳米生物炭减少氮素流失、提高氮肥利用率提供理论依据。     

复合改性黏土吸附净化水中染料污染物研究

【目的】探究一种新的污水中染料的吸附去除方法,为受污染的河道水体净化提供参考。【方法】通过将十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)和壳聚糖(CTS)复合改性蛭石作为一种新的吸附材料,以典型染料酸性大红模拟受污染水体,在单因素实验的基础上根据Box-Behnken中心组合设计原理,选取投加量、吸附温度和粒径3种因素为影响因子,酸性大红的去除率为响应值,采用3因素3水平响应面分析法,建立了二次多项式回归方程预测模型,确定了最佳吸附条件。【结果】投加量和吸附温度为显著因素,复合改性蛭石对酸性大红吸附的最佳条件为:复合改性蛭石投加量为0.35 g,吸附温度为25℃,粒径60~80目,在此条件下酸性大红的去除率可达95.9%。【结论】复合改性蛭石对模拟污染水体中酸性大红具有良好的吸附效果,使其在河道净水处理方面具有较好的应用前景。     

稻壳炭对铵态氮的吸附机理研究

研究了500℃连续热解制备的稻壳炭对水溶液中NH+4-N的吸附特性和稻壳炭用量、颗粒粒径、NH+4-N初始质量浓度、p H值、振荡时间等因素对NH+4-N吸附特性的影响。结果表明,随着NH+4-N溶液初始质量浓度、p H值的不断升高,稻壳炭对NH+4-N的平衡吸附量不断增加,而随着振荡时间的推移,平衡时稻壳炭对NH+4-N的单位吸附量不断增加,60 min内吸附较快,在吸附90 min左右时保持不变,这说明稻壳炭对NH+4-N的吸附在1.5 h左右基本达到平衡,对于初始质量浓度为3 mg/L和5 mg/L的NH+4-N溶液,稻壳炭对NH+4-N的最大吸附量分别为31.26、81.14 mg/kg。稻壳炭的颗粒粒径越小,单位吸附量越高,0.25 mm以下的稻壳炭对NH+4-N的吸附容量较大。从热力学和动力学角度探究了吸附机理,结果表明,稻壳炭对NH+4-N的等温吸附过程符合Freundlich模型,表明稻壳炭对水溶液中的NH+4-N吸附为不均一的多分子层吸附;准二级吸附模型能较好地描述吸附的全过程,稻壳炭吸附NH+4-N主要包含液膜扩散、表面吸附、颗粒内部扩散过程,主要以物理吸附为主。     

棉秆生物炭去除水中Zn(Ⅱ)的试验研究

为探究棉秆生物炭(棉秆炭)对重金属Zn(Ⅱ)的去除作用,利用水平管式炉分别在400℃、500℃、600℃热解温度下制备棉秆炭,进行Zn(Ⅱ)的吸附试验。对比棉秆炭、木质和煤质活性炭对不同浓度溶液中Zn(Ⅱ)的去除效果。分析棉秆炭的元素含量和官能团变化等性质,以揭示吸附机理。结果表明,棉秆的DTG曲线在327℃出现最大值,温度高于600℃时,DTG曲线趋于稳定,棉秆的热解基本完成。随热解温度的升高,炭产率、H/C和O/C元素比均下降,说明棉秆炭芳香化程度和碱性增强,含氧极性官能团数量减少,红外分析印证了以上结论。去除率上,棉秆炭与Zn(Ⅱ)初始浓度和热解温度负相关,木质活性炭与Zn(Ⅱ)初始浓度正相关;吸附量上,棉秆炭、木质和煤质活性炭与Zn(Ⅱ)初始浓度正相关,棉秆炭与热解温度负相关。当Zn(Ⅱ)溶液浓度为2 mg/L时,棉秆炭的吸附性能优于木质和煤质活性炭,当Zn(Ⅱ)溶液浓度为10 mg/L、50 mg/L时,木质活性炭的吸附性能优于棉秆炭和煤质活性炭。棉秆炭吸附Zn(Ⅱ)的机理包含配位反应和离子交换。     

生物炭与凹凸棒对土壤水力特性的影响

选取生物炭、凹凸棒两种土壤改良剂,以纯土为CK,设置3种生物炭质量比(0%、2%、4%)与3种凹凸棒质量比(0%、2%、4%),通过测定土壤水分特征曲线,并结合电镜试验,分析不同生物炭与凹凸棒添加比例下土壤当量孔隙分布、比水容量、水分常数及土壤微观结构变化,研究生物炭与凹凸棒对土壤水力特性的影响。结果表明：与CK相比,生物炭与凹凸棒均能增强土壤持水能力。不添加凹凸棒时,土壤持水能力随着生物炭的添加而增强;添加2%凹凸棒时,土壤持水能力随着生物炭的添加而减弱;添加4%凹凸棒时,土壤持水能力随着生物炭的添加而增强。单独添加生物炭可以增大土壤比水容量,单独添加凹凸棒会减小土壤比水容量。添加凹凸棒后,施加2%生物炭可以明显增大土壤比水容量。施加生物炭与凹凸棒的土壤残余含水率较CK增大15.6%～103.1%;重力水较CK降低0%～7.1%。不添加凹凸棒时,极微孔隙随着生物炭的添加而增加;添加2%凹凸棒时,极微孔隙随着生物炭的添加而减少;添加4%凹凸棒时,极微孔隙随着生物炭的添加而增加。通过微观结构分析得出生物炭与凹凸棒会使得土壤颗粒接触紧密,出现桥接状垒结。以期为西北旱区土壤环境改善提供一定的...     

生物炭吸附去除溶液中硝态氮研究综述

近年来,生物炭对减少水体环境中的硝酸盐污染、土壤氮素淋溶损失等问题的研究正日益受到国内外研究者的关注。通过对目前国内外生物炭对NO-3-N的吸附研究文献进行总结分析,得出了生物炭对NO-3-N的吸附机理及其影响吸附效果的因素等,指出生物炭对吸附NO-3-N的可行性,并提出未来该研究领域中尚存的薄弱环节包括吸附机理的模型建立、工业水处理的应用研究、提高吸附效率的改性方法、生物炭吸附材料的解吸及再生利用、对土壤理化性质的影响及其作用机理等。     

生物炭对东北草甸黑土水力特性影响的数值化研究

为探究生物炭对东北草甸黑土水力学特性的影响,建立适用于添加生物炭后的土壤模型,以5种生物炭体积比(0、2%、4%、6%、8%)施入土壤,对土壤水分运动参数进行了试验和数值分析研究。结果表明,添加生物炭后土壤持水能力的增加主要是生物炭大于2 200 cm吸力范围持水能力的提升,土壤导水性能的改善是由于生物炭在小于35.82 cm吸力段具有良好的导水特性。饱和导水率试验结果表明,添加生物炭后土壤的饱和导水率接近于生物炭层状分布的理论结果,最大偏差为8.9%。采用毛细管模型模拟了添加生物炭的土壤在渗水24 h后的水分分布情况,模拟计算的饱和度与实际测量值相比偏低11%左右,这说明毛细管模型很好地导出添加生物炭后土壤的非饱和导水特性。该研究结果可为不同生物炭施加量、施加面积、地势、渗透时间的土壤水力学特性研究提供方法与保障。     

生物炭添加对鸡粪厌氧消化产气特性的影响

在(35±1)℃条件下,采用序批式厌氧消化工艺进行了L9(33)正交试验,以生物炭添加量、生物炭粒径和接种量为因素探索生物炭添加对鸡粪厌氧消化产气特性影响,得出了鸡粪添加生物炭厌氧消化产气的最佳工艺组合。结果表明,各因素对鸡粪厌氧消化产沼气特性的影响从大到小依次为:生物炭添加量(极显著)、生物炭粒径(不显著)、接种量(不显著)。最佳处理组合总固体产气率为345.96 m L/g,挥发性固体产气率为420.62 m L/g,比对照组提高了45.24%。生物炭粒径对甲烷体积分数有极显著影响。     

基于扫描图像RGB分析的生物质炭吸附特性研究

以花生壳和玉米秸秆为原料,利用自主研发的无轴螺旋连续热解装置在300、400、500℃的热解温度下反应10 min制备生物质炭,对生物质炭进行工业分析和热值测量,分析其组成成分和热值;开展了生物质炭亚甲基蓝吸附与碘吸附特性研究,结合扫描仪和取色软件获取生物质炭的RGB数据并进行灰度转化,探究生物质炭的吸附特性与RGB值、灰度的相关关系。结果表明:随着热解温度的升高,生物质炭中挥发分的含量降低,固定碳和灰分的含量升高,热值升高;较低热解温度的生物质炭的吸附效果优于较高温度热解的生物质炭;生物质炭的吸附值与R、G、B值均随着热解温度的升高而降低,两者之间存在强正相关关系,相关系数r为0.582~0.944;生物质炭的灰度与吸附值存在强正相关关系,相关系数r为0.685~0.977。     

硝酸改性秸秆水热炭结构表征与铅吸附机制研究

以玉米秸秆为原料,采用不同质量分数(10％和30％)的硝酸溶液在水热炭化前、后对样品进行改性处理,结合理化结构表征以及等温吸附模型、吸附动力学模型的拟合结果,探究了硝酸改性秸秆水热炭对铅离子的吸附机制.结果 表明,经硝酸改性处理的秸秆水热炭均会形成丰富的含氧基团,水热炭化前,经HNO3改性的秸秆炭(10％N-JG和30...     

生物炭对砂土水力特征参数及持水特性影响试验研究

为了揭示生物炭节水、保肥的性能机理,研究了生物炭材料对砂土的水力特征参数及持水特性的影响。结果表明,生物炭能够显著改变砂土的土壤结构,随着生物炭用量的增加,砂土密度减小、总孔隙度增大;不同生物炭处理下饱和导水率均比对照小,持水能力均比对照组大;相同的水势情况下,土壤持水能力随着生物炭质量分数的增加而提高,且不同种类生物炭对土壤水力学参数的影响程度不一致。     

竹炭对生物油模型组分的吸附特性试验

以竹子为前躯体热解制得竹炭,选取糠醛、乙酸、苯酚、葡萄糖为生物油模型化合物,研究竹炭对生物油模型组成各单组分的静态吸附特性及双、四组分混合下的竞争吸附行为。结果表明：竹炭对不同组分的吸附特性存在较大差异;单组分吸附24h,竹炭对糠醛的吸附量最大,乙酸次之,对葡萄糖的吸附量最小;吸附平衡时,竹炭对苯酚的吸附量将超过乙酸;糠醛-葡萄糖双组分竞争下,竹炭对糠醛显示出强烈的选择性吸附特征;4种组分竞争下,各组分吸附量相对单组分均有所下降,其中乙酸降幅最大,且乙酸等物质在吸附过程中出现浓度突变现象,这可能是因为吸附性能较好的糠醛将已经吸附的乙酸从竹炭上置换下来;在选用的所有试验工况下,竹炭对葡萄糖均表现出低的吸附态势。     

生物炭与木质素混合成型及其燃烧特性研究

以油茶壳热解炭粉和胶黏剂为原料,利用万能试验机进行生物质混合燃料成型试验。通过对比不同成型燃料抗压强度、松弛密度和比能耗,确定胶黏剂种类对燃料品质的影响。选取木质素作为胶黏剂考察了成型压力、温度、含水率、木质素添加量对成型燃料品质的影响,当优化成型工艺参数为成型压力6 k N、成型温度80~100℃、含水率20%、木质素添加量8%~9%时燃料品质最佳。对成型燃料进行热重试验,研究其燃烧过程及动力学特性。结果表明:燃烧主要分为4个阶段,着火温度为356.9℃,燃尽温度为553.3℃;燃料的挥发分燃烧是一级反应,固定碳燃烧是二级反应。     

棉秆炭吸附糠醛机理研究

以不同热解温度(400℃、600℃、800℃)制得棉秆炭(棉-400、棉-600、棉-800),研究热解温度对棉秆炭孔隙特征与表面性质的影响,以及棉秆炭对糠醛的吸附特性。结果表明:棉-400表面含有大量有机基团,孔隙结构较差;随着热解温度的提高,含氧有机成分进一步分解,棉秆炭表面酸性官能团逐渐减少,而类吡喃酮结构的碱性官能团不断增加,孔结构得到改善;棉秆炭中氢碳摩尔比、表面酸碱官能团含量是影响其对糠醛吸附的主要因素;随着炭化程度的提高,酸性官能团含量减少,碱性官能团含量增加,使得棉秆炭表面石墨层与糠醛分子间的π-π色散力作用增强,所以棉-800对糠醛脱除率最高。     

稻壳灰对水中低浓度Pb(Ⅱ)的吸附特性

为利用稻壳灰去除水中低浓度Pb(Ⅱ),对吸附前后的稻壳灰进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析,采用静态吸附法考察了稻壳灰对水中低浓度Pb(Ⅱ)的吸附特性。结果表明,稻壳灰表面存在多种基团,部分极性基团参与了Pb(Ⅱ)的吸附;随着p H的升高吸附量增加;当Pb(Ⅱ)初始浓度为20 mg/L、温度为25℃时,稻壳灰去除Pb(Ⅱ)的最佳投加量为1.8 g/L,去除率为98.1%;溶液中Na(Ⅰ)、Ca(Ⅱ)的存在会抑制稻壳灰对Pb(Ⅱ)的吸附,相同浓度的Ca(Ⅱ)对吸附的抑制比Na(Ⅰ)更明显。分析结果显示,Freundlich方程能够更好地拟合不同温度的吸附等温线,该吸附存在多层吸附,温度升高有利于吸附。吸附热力学研究表明,ΔG~θ0、ΔH~θ0和ΔS~θ0,说明该吸附是自发、熵增的吸热过程。准二级方程能够很好地拟合稻壳灰吸附Pb(Ⅱ)的动力学数据,可能是由表面吸附和颗粒内扩散共同控制。     

生物炭吸附水体中重金属机理与工艺研究进展

生物炭因其良好的表面特性和孔隙结构,广泛的原料来源和广阔的产业化发展前景,已成为当今环境、农业和能源等领域的研究热点。针对生物炭对水体重金属的吸附研究,本文基于生物炭原料和制备工艺的多样性,综合分析了国内外生物炭重金属吸附机理的研究成果,详细阐述、分析了5种吸附作用机制(物理吸附、静电作用、离子交换、络合反应和化学沉淀)及其相关表征手段;同时评述了吸附工艺条件和重金属种类对生物炭吸附重金属的影响;指出生物炭重金属吸附领域未来的研究中,应开展针对重金属吸附的生物炭原料特性及吸附产物的多维、微纳尺度表征方法研究。     

秸秆水热生物炭燃烧特性评价

为推动水热生物炭燃料化利用,以不同水热炭化温度（200、240、280、320、360℃）下得到的小麦秸秆水热生物炭为原料,利用生物炭化学组成、动力学参数、燃烧指数对水热生物炭燃烧特性进行了评价,并研究了水热炭化温度对燃烧特性的影响。研究结果表明,随着水热炭化温度由200℃增加到360℃,由于脱水、脱羧反应的发生,水热生物炭的燃料比由0.34增加到1.2,O/C和H/C物质的量比分别由0.5、1.17降至0.07、0.67,水热生物炭的煤化程度升高;水热生物炭在低温段、高温段的活化能分别由14、67kJ/mol增加到41.4、76.5kJ/mol,水热生物炭燃烧反应活性降低;无量纲燃烧指数Z由3.49×10-2降至6.64×10-3,表明燃烧反应活性降低,这与化学组分和表观活化能的评价结果一致,指数Z可用于衡量水热生物炭的燃烧活性。     

猪粪和猪粪渣生物炭理化性质及镉吸附性能研究

为研究不同处理方式对生物炭理化性质、表征及镉吸附性能的影响,以猪粪、猪粪渣为原料,采用2种不同的前处理方式(热解前、后过筛),分别于300~700℃制备生物炭,通过SEM、XRD和FTIR对其进行表征并分析其理化性质,探讨不同处理生物炭理化性质及镉吸附能力之间的相关关系。随着热解温度的升高,生物炭的产率、H/C减小,pH值、灰分含量、BET比表面积增加。猪粪生物炭的化合物的种类比猪粪渣生物炭复杂,且在热解温度较高时(500~700℃),猪粪生物炭镉吸附量(最大吸附量为36.4 mg/g)显著高于猪粪渣生物炭(最大吸附量为23.5 mg/g);4种不同处理生物炭的产率与灰分含量呈极显著的负相关关系,与H/C比值呈显著的正相关关系,灰分含量也与pH值有较强的正相关关系;生物炭的镉吸附量关键因子是H/C,其次是BET比表面积、灰分含量、O/C等。     

改性秸杆活性炭对印染废水的吸附研究

为了减轻我国华东以及华北平原长期受到秸秆焚烧所带来的雾霾问题,通过利用秸秆为原料制备活性炭,研究了改性秸秆活性炭对印染废水的净化和吸附作用,并对实验条件进行了优化。结果为在pH值为3,吸附时间为120分钟,吸附容量为100g/L时,改性秸杆活性炭对印染废水的色度的去除率可达到100%, CODCr的去除率可达到87.6%,表明了秸秆活性炭在印染废水的处理上市可行的,同时又可以减少秸秆的大量焚烧所带来的环境污染,从而实现了双赢。