氯化锌浸渍水稻秸秆制备生物炭吸附氯霉素的机理研究

抗生素在人类医学和动物养殖业中广泛应用,滥用抗生素造成的环境污染是危害公共安全的潜在隐患,为实现水稻秸秆的资源化利用和修复氯霉素污染水体,使用ZnCl₂对水稻秸秆进行改性并制备生物炭以提高对氯霉素的吸附性能。借助比表面积及孔径分析仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外显微光谱仪(FT-IR)等技术手段对结构特征和理化性能给予表征,并探讨不同热解温度、初始溶液浓度、温度、pH值和离子强度的条件下生物炭对氯霉素的吸附效果的影响。同时对吸附动力学、等温线、热力学和扩散模型进行研究。结果表明:ZnCl₂改性生物炭在1h内对氯霉素具有良好的吸附效果,去除率达90%以上,且700℃下制备的ZnCl₂改性生物炭(Zn-BC700)效果最佳,在平衡时对100mg·L^-1氯霉素最大吸附容量为96.68mg·g^-1,700℃下制备的ZnCl₂改性生物炭的BET比表面积和微孔体积分别为640.175m²·g^-...     

水稻秸秆生物炭和猪粪生物炭对镉的吸附性能

以猪粪和水稻秸秆为原料,在300 ℃和600 ℃的条件下制备生物炭,研究其对Cd²⁺的吸附性能,分析溶液初始pH值、吸附时间和Cd²⁺浓度对吸附的影响。结果表明:溶液初始pH值对生物炭吸附Cd²⁺有影响,当pH值从2.0升高至7.0时,生物炭对Cd²⁺的吸附量表现为先升高后趋于稳定。生物炭对Cd²⁺的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地拟合(R²>0.99)。水稻秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附约4 h达到平衡,而猪粪生物炭吸附对Cd²⁺的吸附约6 h达到平衡。生物炭对Cd²⁺的等温吸附过程可用Langmuir方程较好地拟合(R²>0.95),生物炭对Cd²⁺的吸附量随着热解温度的升高而增加,600 ℃制备的水稻秸秆生物炭的吸附量最大,达到59.84 mg·g^-1。     

磷改性生物炭对土壤中磷溶出的影响

为探究生物炭及其改性生物炭对土壤中磷溶出的影响，分别制备了3种温度(300、500、700℃)棉花秸秆生物炭、小麦秸秆生物炭和牛粪生物炭，并采用磷酸浸渍-热解法制备了改性生物炭，测定生物炭改性前后磷组分含量(0.25 mol·L^-1硫酸提取的H₂SO₄-P，去离子水提取的H₂O-P,0.5 mol·L^-1碳酸氢钠提取的NaHCO₃-P和0.1 mol·L^-1氢氧化钠提取的NaOH-P)，开展了生物炭改性前后磷的动力学溶出和对土壤中磷连续溶出影响的试验。结果表明：磷酸改性后生物炭中各组分磷含量都有大幅度增加，不仅与炭化温度有关，而且与原料的种类相关，300℃棉花秸秆生物炭改性前后含量变化最大，H₂SO₄-P含量由3.052mg·g^-1增加到350.322 mg·g^-1。生物炭中磷的动力学溶出结果显示，磷酸改性能使生物炭的磷溶出量大幅度增加，700℃棉...     

高低硅秸秆生物炭的表征及对Cd2+的吸附特性与机理

采用野生型水稻(WT,高硅)和硅缺失突变体水稻(lsi1,低硅)秸秆为原材料制备成300、500、700℃3种温度生物炭,探究高低硅秸秆生物炭对Cd²⁺的吸附特性及作用机制。野生型和突变型水稻秸秆原料总硅含量分别为17.88%和7.42%,制备出的高硅生物炭相对于低硅生物炭具有较高的硅含量、较大的比表面积和孔径。通过元素分析、电镜能谱扫描分析(SEM-EDS)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)以及比表面积分析(BET-N₂)等对两种生物炭进行分析,结果表明随温度上升两类生物炭均表现出产率下降、pH增大、比表面积上升,高低硅生物炭均能在471、788、1 090 cm^-1波峰处观察到Si-O-Si键。吸附实验表明,高低硅生物炭均在pH为6、固液比为1 g·L^-1时对水溶液中Cd²⁺吸附效果最佳。吸附动力学模型结果表明,高低硅生物炭的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型(R²>0.9),说明该过程以化学吸附为主。通过Langmuir和Freundlich模...     

秸秆和生物炭添加对污染土壤铅形态转化及小麦幼苗生长的影响

【目的】科学评价秸秆还田和生物炭添加对铅(Pb)污染土壤及小麦幼苗生长的影响,为农作物秸秆资源化利用和Pb污染土壤治理提供技术支持和理论依据。【方法】在外源添加Pb 5个B0(0 mg·kg^-1)、B1(510 mg·kg^-1)、B2(1 020 mg·kg^-1)、B3(1 530 mg·kg^-1)和B4(2 040 mg·kg^-1)质量分数背景下,通过盆栽试验设置CK(对照)、S(添加小麦秸秆3.33 g·kg^-1)、BC1(添加秸秆生物炭1 g·kg^-1)、BC3(添加秸秆生物炭3 g·kg^-1)和BC5(添加秸秆生物炭5 g·kg^-1)5个处理,系统研究了添加秸秆和生物炭对土壤有效态Pb含量、小麦植株Pb含量、小麦生长状况及土壤Pb形态的影响。【结果】添加秸秆和生物炭处理均可显著降低土壤有效态Pb含量,但Pb污染土壤的钝化修复效果与添加秸秆和生物炭量相关。与对照(CK)相比,B1、B2...     

生物炭及与秸秆联用对我国热带地区稻田土壤CH4和N2O的影响

为了研究添加生物炭、秸秆、生物炭与秸秆联用对热带地区稻田温室气体排放的影响,通过盆栽培养试验,设常规施肥(CK)、常规施肥配施40 t·hm^-2椰糠生物炭(B)、常规施肥配施3 t·hm^-2水稻秸秆(C)、常规施肥配施40 t·hm^-2椰糠生物炭加3 t·hm-2水稻秸秆(B+C)4个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个水稻种植季CH₄和N₂O排放,估算全球增温潜势(GWP)并测定收获后作物产量。结果表明,相比CK处理,B、C和B+C处理的N₂O累计排放量分别降低21.43%、21.89%和14.77%;B处理的CH4累计排放量降低38.21%,而C和B+C处理的CH4累计排放量分别增加14.63%和19.85%;C和B+C处理显著增加GWP,而B处理显著降低GWP;单独添加生物炭减排效果最佳。与CK相比,B、C处理的单株水稻产量分别增加5.22%、8.76%,而B+C处理的单株水稻产量降低18.39%(P<0.05)。因此,在我国热带地区稻田,单独...     

青稞秸秆水热炭作为燃料的潜力研究

为探究青稞秸秆水热炭作为燃料的潜力,选取拉萨市达孜县的青稞秸秆为研究对象,通过预处理、水热炭化的青稞秸秆,应用单因素试验法和正交试验法设置具有代表性的试验组,对青稞秸秆水热炭和青稞秸秆进行工业分析和元素分析,重点放在热值的分析。结果表明：青稞秸秆水热炭热值与水热温度和水热时间均呈正相关,与固液比呈负相关;制备秸秆水热炭的最佳条件为水热温度260℃、水热时间8 h、固液比1:10;反应条件对于秸秆水热炭的热值影响顺序为：水热温度>水热时间>固液比。青稞秸秆水热炭热值最高达到27.98 MJ·kg^-1,接近水煤的热值(17～28 MJ·kg^-1),有作为燃料的潜力。综上,本研究通过控制水热条件,提高了青稞秸秆水热炭的热值,提高其作为燃料的潜力,同时将青稞秸秆作为燃料,有效利用了农业废弃物,实现了“变废为宝”。     

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。     

高温秸秆生物炭对苯酚的吸附特性研究

为使农作物秸秆得到资源化利用,研究采用慢速热解技术于650℃条件下制备茄子秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭吸附剂,以去除废水中的苯酚。吸附实验结果表明,废水中苯酚的初始浓度、吸附温度和时间等因素均能影响生物炭对苯酚的吸附效果。两种秸秆生物炭对苯酚的吸附能力表现为玉米秸秆生物炭茄子秸秆生物炭。两种生物炭对苯酚的等温吸附线符合Langmuir模式和Freundlich模式。     

生物炭改良风沙土对植物生长及养分的影响

为探究经不同浓度和不同种类生物炭改良后的风沙土中植物生长状况及养分含量变化情况,以辽宁省彰武台风沙地改良利用研究所试验基地风沙土为试验对象,进行了田间试验。以燕麦草为供试植物,分别施加秸秆炭、木炭、草炭,且每种生物炭设置5个不同的浓度梯度,均匀的施加到风沙土中,燕麦草经12周生长后,采集样品进行室内试验。主要通过分析燕麦草在不同改良条件下的株高、产量、叶绿素及氮磷钾含量,从而了解添加不同因素水平的生物炭对风沙土中植物生长及养分的影响。结果表明:不同生物炭与风沙土中燕麦草生长及养分含量均呈现极显著相关性(p<0.05),且施加浓度为4 kg·m^-2的秸秆炭对燕麦草株高、产量及养分含量均有明显提高,株高为109.242 cm,产量为229.25 kg·hm^-2,叶绿素a和叶绿素b分别达到2.941 mg·g^-1和0.991 mg·g^-1,氮磷钾含量分别为3.411,0.927,28.766 g·kg^-1。因此,施加合适的生物炭,不仅可以对土壤进行改良,还可有效提高植物产量与养...     

CO2-N2气氛下热解工艺对稻秆生物炭吸附Cd2+的影响

为了获得对镉离子(Cd~(2+))具有高吸附性能的水稻秸秆生物炭,研究了热解温度、停留时间、升温速率和反应气氛对生物炭特性的影响。以CO_2-N_2为反应气氛,确定了混合气氛中CO_2的比例以及与CO_2-N_2气氛相匹配的整套热解工艺参数。通过pH、红外光谱(FTIR)和比表面积(BET)等表征手段并结合吸附实验确定了生物炭的性质。结果表明,向反应气氛中添加CO_2可使得生物炭具有良好的多孔结构,同时在其表面引入了较多含氧官能团。综合考虑Cd~(2+)的去除率、生物炭产率和成本等影响因素,最终确定了最合理的CO_2比率为0.5,与该CO_2-N_2气氛相匹配的其他参数分别为热解温度800℃、停留时间1 h、升温速率10℃·min~(-1)。在该最佳热解工艺下制备的生物炭,对初始浓度为250 mg·L~(-1)的Cd~(2+)溶液去除率高达96.6%,表明该方法能将农业废弃生物质转化为高附加值产品,并用于处理废水中的Cd。     

生物炭基硫酸盐还原菌(SRB)对Cr(Ⅵ)的吸附效应及作用机制

分别在300、500℃和700℃下制备水稻、小麦和玉米秸秆生物炭,对比以不同类型生物炭为载体制备的炭基硫酸盐还原菌(SRB)对Cr(Ⅵ)的吸附效应,筛选出吸附效果最佳的炭基菌剂。采用扫描电镜、傅里叶红外光谱和比表面积测试仪对生物炭进行表征分析,研究了溶液pH、吸附时间、生物炭添加量和Cr(Ⅵ)初始浓度对炭基SRB吸附Cr(Ⅵ)的影响,并结合吸附动力学和等温吸附模型探讨其对Cr(Ⅵ)的吸附过程及作用机制。结果表明:以700℃限氧热解小麦秸秆(XM700)为载体制备的炭基SRB(IBXM700)对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,其最佳吸附条件为pH=5、生物炭添加量0.6 g·100 mL~(-1)、吸附时间24 h、Cr(Ⅵ)的初始浓度100 mg·L~(-1);IBXM700对Cr(Ⅵ)的吸附更符合拟一级动力学,以离子交换和表面物理吸附为主,以化学吸附作用为辅,其等温吸附符合Langmuir模型,属于单分子层吸附;SRB能还原SO_4~(2-)为S~(2-),或分泌还原酶将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),从而达到去除目的。研究表明,IBXM700去除Cr(Ⅵ)的主要机制为吸附作用与还原作用。     

菌渣基生物炭、磷矿粉、壳聚糖复配比筛选及复合材料对Cd2+的吸附特征

试验以菌渣基生物炭为主要原料,采用超声波振荡复配磷矿粉和壳聚糖,通过批量水吸附试验筛选出复合材料最佳质量比;并在此基础上,从材料添加量、溶液pH、吸附时间和Cd溶液初始质量浓度方面探究菌渣基生物炭和复合材料对Cd²⁺吸附的影响。结果表明,菌渣基生物炭、磷矿粉和壳聚糖最佳质量比为7∶1∶2;不同Cd溶液质量浓度下,复合材料对Cd²⁺的吸附率均高于菌渣基生物炭,随着Cd溶液初始质量浓度的增加,二者的吸附率差距逐渐增加;在pH值为7、100 mg/L Cd溶液中添加0.6 g复合材料与菌渣基生物炭时,二者对Cd²⁺的吸附率相差最大;复合材料经过5次解析后吸附率均在65%左右;加入外源离子会抑制菌渣基生物炭和复合材料对Cd²⁺的去除率,但对复合材料的抑制效果弱于菌渣基生物炭;当Cd溶液质量浓度为100 mg/L时,菌渣基生物炭和复合材料添加量为0.6 g,振荡240 min后吸附量分别达到3.859、6.310 mg/g;复合材料对Cd²⁺的吸附过程与拟二级动力学和Langmuir模型...     

裂解温度及高锰酸钾活化对小麦秸秆生物炭性状的影响

采用不同浓度的KMnO_4溶液浸渍小麦秸秆用于制备生物炭。研究了KMnO_4浓度及裂解温度对生物炭理化性质的影响。结果表明:小麦秸秆生物炭的得率随着裂解温度的升高而降低,不同处理生物炭得率位于28.05%～61.11%之间,KMnO_4处理秸秆后可明显提高生物质炭的比表面积,300℃裂解温度下制备的生物炭表面官能团最为丰富,且随着裂解温度的提高,生物炭表面官能团数量不断下降。     

CaCl2活化小麦秸秆制备活性炭及其对水中硝酸根的吸附

为高效利用小麦秸秆并获得高吸附性能活性炭,应用CaCl₂活化小麦秸秆制备活性炭以吸附水中硝酸根,通过响应面回归分析方法优化制备条件,探讨以CaCl₂为活化剂制备活性炭的可能性。结果表明:炭化温度628℃和CaCl₂添加比（CaCl₂量/秸秆量）27.9%为最佳制备条件,制得活性炭（CaAC）的硝酸根吸附能力高于同温度下添加相同比率ZnCl₂制备的活性炭（ZnAC）和未添加活化剂制备的秸秆炭（WsBC）。CaAC表面含有的酚羟基、羰基等官能团数量多于ZnAC和WsBC。CaAC和ZnAC皆为无定形碳、层状结构材料。CaAC对N₂的吸附等温线类型介于Ⅱ型与Ⅳ型之间,ZnAC和WsBC则介于Ⅰ型和Ⅳ型,都含大量狭窄缝形孔隙,CaAC的中孔和大孔容积更大。CaAC的Langmuir氮最大吸附量分别为21.28 mg·g^-1(以NO^-₃计为94.24 mg·g^-1),氮去除率随添...     

生物炭和脱硫石膏混施对稻田碳排放的影响

为探究脱硫石膏和生物炭混施对稻田CO₂、CH₄减排和碳收支的影响,在黄壤性稻田中设置了生物炭与脱硫石膏施用剂量比不同的6个处理,并利用静态箱-气相色谱法对土壤CO₂、CH₄排放通量进行了为期一年的监测。试验的6个处理分别为裸地(B)、种植水稻(R)、种植水稻+4 t·hm^-2生物炭(RC4)、RC4+4 t·hm^-2脱硫石膏(RC4G4)、RC4+8 t·hm^-2脱硫石膏(RC4G8)和RC4+16 t·hm^-2脱硫石膏(RC4G16)。结果表明,处理R在稻季的CH₄排放量为86 kg·hm^-2;单施生物炭使CH₄排放量增加了52%,进一步混施脱硫石膏则使CH₄排放量下降了69%～91%。各处理在休闲期的CH₄排放量都比较低(6.24～13.4 kg·hm^-2)。施用生物炭和脱硫石膏...     

尖晶石型双金属修饰生物炭对水中镉的去除

为实现农林废弃生物质的资源化利用,以弃置水稻、大豆秸秆为基底,采用浸渍-溶胶凝胶法制备了非贵双金属协同含氧官能团修饰生物炭。通过调控热解温度、生物质原料、改性剂投加比例以及蛋清液投加量等制备参数条件,筛选对水中镉具备高效去除能力的改性生物炭。结果表明：热解温度为450℃,以铁锰双金属添加,蛋清液投加量为10mL条件下,...     

固体催化女贞籽油制备生物柴油初步研究

以女贞(Ligustrum lucidum Ait)籽油为材料,采用固体催化法制备生物柴油,测定柱层析纯化的女贞籽油皂化值和酸值,研究固体硅酸钠催化剂的制备工艺和性能,并测定生物柴油组成。结果显示,纯化女贞籽油皂化值为173.43mg/g,酸值为0.45mg/g,制备的生物柴油主要成分为油酸甲酯、亚油酸甲酯、棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯。固体硅酸钠催化剂最佳制备工艺条件为煅烧温度550℃,煅烧时间1h,粒度80目。此条件下制备的催化剂,催化女贞籽油反应转化率超过96%。固体硅酸钠至少可重复利用5次。     

轻度炭化的玉米秸秆生物炭的燃烧行为研究

秸秆的综合利用日益受到关注,为利用轻度炭化技术制备的生物炭以提高玉米秸秆的燃烧值,降低其运输、储存成本,采用微分热重分析仪(DTG)研究了轻度炭化的玉米秸秆生物炭的燃烧行为。结果表明:通过TG-DTG三点法得到生物炭的燃烧点为303.89℃。利用Arrhenius方程,可知玉米秸秆生物炭的燃烧为一级反应,活化能为35.45kJ·mol-1。     

生物炭对施用沼液稻田土壤重金属生物有效性的影响

为探讨施用沼液条件下,添加生物炭对农田土壤重金属生物有效性的影响,以滨海盐土农区稻田为研究对象,设置0、250、500、750 m³·hm^-2四个沼液施用水平(折合施氮量分别为0、205、410、615 kg·hm^-2)以及0、15 t·hm^-2两个生物炭用量,对0～20cm土层土壤重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)生物有效性进行研究。结果表明：低沼液用量(250 m³·hm^-2)下,无论是否添加生物炭,土壤中四种重金属的弱酸提取态质量分数均无显著变化。中、高沼液用量(500～750 m³·hm^-2)下,添加生物炭前,与不施用沼液相比,Cu、Zn、Pb和Cd弱酸提取态质量分数显著提升;添加生物炭后,Cu和Pb弱酸提取态质量分数较添加前显著下降(P<0.05)。添加生物炭前,施用沼液使水稻籽粒中Cu含量增加了44.0%～116.5%,Pb、Cd含量无显著变化。添加生物炭后,中、高沼液用量下籽粒中Zn、Pb和Cd...