生物炭复合材料处理水体重金属的研究进展

生物炭具有较大的比表面积和发达的孔隙结构,表面含有大量官能团,这些特性使得生物炭在水体污染物的处理方面具有强大的发展前景。近年来,越来越多的学者开始研究生物炭复合材料的制备,利用物理、化学方法对生物炭进行改性,提高吸附材料对水体中的重金属的吸附性能。对生物炭的特性、复合材料的改性方法以及其对重金属的吸附机理等进行综述,并提出了生物炭吸附材料未来的研究方向,应该开展重金属复合污染的研究,以期为生物炭材料的大规模应用提供参考。     

浅析生物炭修复土壤重金属污染研究进展

近年来,随着城市化进程加快和工业的迅速发展,导致工业排放废弃物数量增加并且使得土壤污染加剧,其中最为严重的是重金属污染,不仅不利于经济发展而且危害到了人们的健康。生物炭作为一种新型绿色修复剂引起广泛关注,生物炭是缺氧或限氧条件下加热生物质制得的高度芳香化富含碳的固态物质。许多学者对利用生物炭改良环境污染土壤进行了各种研究。文章主要针对生物质炭修复重金属污染土壤的污染效果和治理机制进行讨论分析,最后,从当前研究中存在的不足以及对今后的研究重点和方向进行了展望。     

生物炭对重金属污染的修复作用研究进展

指出了随着国家对环境保护的重视,重金属污染带来的环境问题也越来越受到广大科研工作者的关注。生物炭作为新兴吸附剂,因其低成本、吸附性能高、孔隙度大且含碳量高成为理想的吸附材料,对水体、大气中的重金属污染具有有效的吸附作用,能减轻环境污染,提升生态质量。从生物炭的具体研究现状进行了论述,并对生物炭修复重金属污染土壤领域的发展进行了展望。     

牡蛎壳改性花生壳生物炭吸附去除水体中的磷

基于牡蛎壳富含碳酸钙成分,采用800℃高温改性方法制备牡蛎壳改性花生壳生物炭,考察了其对溶液中磷的吸附性能。实验结果表明:牡蛎壳改性后的花生壳生物炭对磷的吸附量显著高于未改性的花生壳生物炭。溶液初始磷浓度为200mg/L,添加0.02g的生物炭,在25℃下反应48h后,牡蛎壳改性花生壳生物炭磷吸附容量为197.3mg/g,约为未改性花生壳生物炭的17倍。     

基于不同质量牡蛎壳改性的花生壳生物炭吸附磷研究

由于过量磷肥的施用、大量含磷生活、工业废水的排放,水体富营养化现象日益严重,需要经济有效的方式去除磷元素。而牡蛎壳和花生壳均为生物质废弃物,可通过二次利用来制备牡蛎壳改性花生壳生物炭。采用添加牡蛎壳的方法对花生壳生物炭进行了改性实验,探讨了不同牡蛎壳对花生壳生物炭吸附磷效能的影响。结果表明：牡蛎壳改性的花生壳生物炭显著提高了对磷的吸附效果,而且牡蛎壳与花生壳质量之比越大,改性后的花生壳生物炭对水体中磷的吸附量也越增大。     

生物炭在土壤重金属修复中的应用

在过去的几十年中,重金属污染由于其毒性和不可生物降解的特性对环境和人类造成了严重威胁。近年来,人们对重金属的去除进行了广泛的研究,并成功地开发了各种吸附材料。其中,生物炭因其具有多种生物质来源、丰富的微孔通道和表面官能团以及低成本而成为一种很有前景的选择。生物炭主要由农业废弃物、林业废弃物和生物固体制成。然而,原始生物炭的吸附容量低,不可再生,因此限制了其应用。通过添加改性材料与生物质共热解制备的生物炭,在克服原始生物炭的局限性和实现优良的重金属吸附和固定性能方面具有潜在的应用潜力。为此,综述了生物炭在土壤环境中去除各种重金属的研究和应用进展。为了阐明这个问题,重点关注了以下2个方面：(1)原料如何影响生物炭的特性,(2)生物炭对土壤中重金属的影响。并对生物炭在土壤重金属修复方面的应用进行了展望,目的是为了开发环保并且低成本的生物炭材料。     

生物炭改良林地土壤研究进展

中国是世界上人工林面积最大的国家,同时也是林地土壤质量退化最为严峻的国家。如何减缓人工林地力衰退和维持人工林长期生产力等问题,已成为当今中国乃至世界林业科学最为关注的话题。近年来生物炭作为一种新型有效的土壤改良剂被世界各国广泛研究和利用,然而目前对生物炭的土壤改良作用研究多限于农地土壤,对林地土壤改良的综述性报道还不多见。文中从生物炭影响土壤物理学、化学及生物学特性等方面综述了生物炭在改良农林地土壤方面的研究进展,提出了生物炭研究存在的问题及今后的研究方向,以期为生物炭在农业及林地的应用提供理论参考,为改进传统的森林经营措施和实现人工林可持续经营提供借鉴。     

生物炭对酸性土壤改良研究进展

在现今酸性土壤改良过程中,生物炭的众多特性使得其拥有良好的前景。文章以近年来的研究成果为事实依据,通过举例说明、对比说明等方法,从生物炭对酸性土壤的PH、养分、结构以及持水能力等方面的改良途径及原理进行阐述及探讨。最后总结生物炭目前存在的争议以及对生物炭未来发展方向,进行了进一步的展望。     

改性秸秆生物质炭吸附去除水中氨氮的研究

以秸秆为原材料制备生物质炭,为了提高生物质炭的吸附能力,采用浓硝酸与氢氧化钠对其进行改性处理。采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对秸秆生物质炭进行表征。结果表明,酸碱改性后的生物质炭比未改性的不仅增加了一些小孔,而且改变了官能团的组成和吸收峰的强度,从而影响吸附效果。通过实验研究了投加量、吸附时间和温度等因素对改性生物质炭吸附去除氨氮效果的影响。对于50 mg/L的氨氮废水,最佳投料比为10 g/L。吸附动力学结果表明:酸改性的秸秆生物质炭对氨氮的吸附在200 min左右基本达到平衡,最高氨氮去除率达到80.5%;碱改性的秸秆生物质炭对氨氮的吸附在140 min左右基本达到平衡,最高氨氮去除率达到83.3%。碱改性秸秆生物质炭的吸附性能优于酸改性,其吸附符合准二级动力学方程,其吸附行为受外部液膜扩散、颗粒内扩散以及表面吸附等过程的影响。同时,吸附过程为吸热反应,随着温度的升高,利于吸附反应的进行。吸附等温线满足Freundlich方程。     

牛粪生物炭的研究进展与展望

指出了中国养牛业尤其是奶牛业发展迅猛,高度规模化养殖过程中产生了大量牛粪,这些牛粪若不能得到妥善的处理将严重影响养殖场及其周边地区的空气、水体以及土壤等生态环境。如果将这些牛粪在厌氧条件下热解得生物炭,可避免生物质燃烧,从而减少二氧化碳的释放。基于此,总结了牛粪生物炭的研究现状,并在此基础上了展望了其发展前景。     

改性秸秆吸附水体污染物研究进展

指出了秸秆废弃物作为生物吸附剂能有效去除水体中重金属离子、酸根离子,有机物等。综述了秸秆的利用现状,各种秸秆吸附剂的制备和改性方法,探讨了其吸附水中污染物的pH值、温度、反应时间、用量等影响因素,并展望了秸秆吸附剂的改性方法和秸秆的利用方式,为推进秸秆资源化利用提供参考。     

生物质炭对土壤重金属修复应用研究进展

近年来,随着经济发展,工、农、矿业排放的废弃物导致土壤污染加剧,其中重金属污染最为严重,不仅不利于经济发展也危害到了人们的健康。生物炭作为一种新型环境功能材料引起广泛关注,该物质在土壤改良、温室气体排放,以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力,许多学者对利用生物炭改良环境污染土壤进行了各种研究。文章主要针对生物质炭修复重金属污染土壤的基本原理和对重金属生物毒性的影响,最后,从当前研究中存在的不足以及对今后的研究重点和方向进行了展望。     

生物炭对废水中氮磷的吸附效果研究

指出了我国地下水、地表水富营养化情况严重,而造成水体富营养化的主要原因是氮磷污染,其常用的去除方法是吸附法。而我国化肥利用率低下,在施用过程中也多存在不合理的现象,氮肥磷肥的流失率很高,极容易造成地下水、地表水氮磷污染的环境问题。且我国农业废弃物秸秆的产量较大,并且仍存在露天焚烧的情况,不仅污染大气环境,加剧温室效应,也是资源的浪费。以小麦秸秆、玉米秸秆为原料在一定条件下制备成生物炭为基础,探讨了不同类型生物炭对水体中氮磷的吸附性能,并分析了其实际应用价值。     

负载铈生物炭对有机染料废水的吸附研究

以水稻秸秆为原料,缺氧热解制备了生物炭并进行了负载铈改性,研究了其对亚甲基蓝模拟有机染料废水的吸附机理,探索了废水pH值、生物炭投加量等对其吸附性能的影响。结果表明:负载铈后生物炭比表面积增大,具有更好的吸附性能,并且碱性条件有利于铈改性生物炭对亚甲基蓝的吸附,该吸附过程更符合准二级动力学方程及Langmuir吸附等温方程,属于单分子层吸附,平衡吸附量为4.567 mg/g。     

酸洗处理对生物炭性质及其吸附生物油的影响

为了研究酸洗处理对生物炭性质的影响及其对生物油浆体系中生物炭吸附生物油的影响,笔者采用HCl酸洗处理,分别制备了对松木原料酸洗和对热解炭化料酸洗的生物炭,同时在相同的热解条件下制备了仅水洗处理的生物炭作为实验对照。采用傅里叶红外光谱、比表面积及孔径分析、X射线衍射、拉曼光谱等手段对上述3种生物炭进行表征,并利用3种生物炭吸附生物油,利用气相色谱-质谱联用分析被不同生物炭样品吸附的生物油的成分差别。实验结果表明,松木原料酸洗对热解炭的性质影响更大,炭表面的C=O和C—O含量增加,比表面积也更大,而晶体结构和石墨化程度变化不大。3种生物炭均对生物油有较好的吸附性能,对糖类、酚类、酸类、酮类、醛类都有较强的吸附力。由于酸洗预处理松木原料的生物炭具有较高含量的C=O和C—O、较大的比表面积,对生物油有更高的吸附能力,也对生物油中酸类、酮类的吸附选择性更好。生物炭能够通过氢键和静电作用吸附易促进结焦的酸类、酮类,通过π-π相互作用吸附易结焦的酚类,有利于抑制生物油浆的结焦,推动生物油浆的广泛应用。     

生物炭对土壤微生物影响研究进展

近年来,生物炭作为土壤改良剂在国际上引起广泛关注。生物炭施入土壤后可以通过改变土壤的理化性质,直接或间接的影响土壤微生物的生存环境,为微生物提供良好的生长、繁殖空间,从而影响了微生物的丰度、活性以及群落组成,最终提高了作物产量。文章主要针对生物炭对土壤微生物影响的结果,以及不同种类的生物炭对土壤微生物影响的差异进行阐述,并着眼于当前该领域研究上存在的不足及对未来研究的方向进行了展望。     

生物炭对农田土壤改良作用的研究进展

为了客观全面地了解国内应用生物炭对农田土壤改良的现状和动态以及未来的主要发展趋势,基于中国知网数据库,对有关生物炭改良农田土壤的相关文献进行了检索与分析。结果表明:我国生物炭改良土壤方面的研究从发文量来看正处于快速发展阶段;我国生物炭改良土壤领域的研究,发文量最多的机构是西北农林科技大学,被引频次最多的也是西北农林科技大学;发文量最多的是华中农业大学姜存仓教授,被引频次最多的则是西北农林科技大学何绪生教授。该领域的研究主要以国家层面的基金资助为主,占到了72.33%;生物炭改良土壤研究的热点研究主要集中于土壤改良、土壤养分、重金属修复等方面,这也是生物炭用于土壤改良未来的主要研究方向。     

土壤重金属污染的生物修复研究进展

近些年,土壤重金属污染日益严重,已对人类健康和社会发展造成严重威胁。同时,土壤污染修复技术也飞速发展,尤其是生物修复技术的发展,为重金属污染修复提供了更为高效、绿色的手段。本文对生物修复特点、发展历程、植物修复和微生物修复的研究进展进行综述,期望能对土壤重金属污染生物修复的研究提供参考。近些年来,生物修复领域引进了系统生物学、宏基因组学、转基因技术等方法,用整体的、系统的眼光看待生物修复过程,以此解决生物修复技术在不同环境条件下效果不稳定等问题,这对其产生了意义深远的影响。在植物修复方面,研究集中在利用转基因植物修复污染、利用细胞工程技术强化植物修复和发展农作物类超积累植物等方面。微生物修复的研究重点在于微生物的筛选改造以及植物-微生物联合修复。生物修复的发展面临诸多问题,首先,现阶段的研究主要集中在实验室和小规模样地阶段,大规模环境修复的案例还很少,有些修复手段虽然在实验室取得较好效果,可一旦应用于工程实际,因外部环境变的复杂且不可控,就会出现一系列的问题,其次,单纯的生物手段很难修复重度重金属污染土壤,因为生物修复的基础是生命的新陈代谢活动,每种生物对重金属都有一定的耐受范围,超出范围,生物修复的效果就会大打折扣;最后,生物修复效果的不稳定问题也是其难以大规模应用的重要原因。对于以上问题的解决可以从以下5方面入手:1)培养、选育超积累植物,筛选更加适合的微生物作为生物材料进行环境修复植物和微生物的筛选和培育是生物修复技术的基础,生命宝库巨大且神秘,需要研究人员的不懈探索;2)利用现代生物技术对生物材料进行改造,如转基因技术、细胞融合技术、细胞杂交技术和生物诱变技术等因为自然的植物和微生物在应用于重金属修复时存在诸多劣势,需利用现代生物技术对其进行改造,以提高其对环境的耐受性和修复效率;3)将生物修复重金属污染作为一个系统进行研究,通过基因组学、蛋白质组学的研究,了解系统中生命的代谢途径和调控机制,运用系统生物学和生物信息学的方法,整体把握整个生物修复过程,提高生物修复效果的稳定性;4)新技术、方法的应用现阶段在土壤修复领域的新技术、新方法不断涌现,如环保新材料沸石等土壤调理剂的应用可有效改善土壤性质,提高植物和微生物的修复效率,增强生物对污染物的抗性,生物修复的知识体系应不断吸收新的技术方法,使之更加高效、完善;5)发展联合修复方式任何一种修复手段都有其优势和劣势,单一的修复方式往往很难达到效果,在实际修复过程中应取长补短,综合运用各种修复技术和手段。对于生物修复来说,超积累植物、功能微生物、物理化学环保新材料的综合应用是未来发展的主要方向和目标。现有的土壤重金属钝化、固定化技术只是将重金属暂时封存,很容易造成二次污染,难以达到彻底修复的目的。因此发展能彻底将重金属从土壤中移除或清除的技术才是未来研究方向。     

木屑生物炭复合材料对四环素的吸附性能研究

以木屑和硅酸盐作为原料,通过水热法制备新型生物炭复合材料,用于吸附去除水体中的四环素.考察了该新型材料在去除四环素过程中的吸附动力学、等温线以及溶液pH值和金属离子的影响,并结合FTIR光谱探究了其吸附机理.结果表明:该材料在较宽的pH范围内对四环素具有较强的去除效果,最大吸附量为209.5922 mg·g-1.由于吸...     

酯化改性铁杉木屑制备重金属吸附剂及其吸附性能

木屑是一种常见的农林废弃物,来源广泛、价格低廉。木屑作为一种天然的生物质材料对水中的重金属离子有一定的吸附能力,但吸附效率较低。为提高木屑的吸附效率,实现农林废弃物的资源化利用,以铁杉木屑、2-氨基对苯二甲酸(2-ATP)、2-巯基丙酸(2-MPA)为原料,制备2-氨基对苯二甲酸改性铁杉木屑(AmS)和2-巯基丙酸改性铁杉木屑(MmS)两种酯化改性的新型吸附剂,并研究它们对溶液中Hg~(2+)的吸附性能。考察Hg~(2+)初始浓度、溶液p H、干扰离子以及吸附时间等对吸附性能的影响,结果表明:两种吸附剂在pH 4～8时具有较高的吸附性能,在pH 5时,AmS和MmS吸附剂的最佳吸附效率分别为93.3%和95.5%;当溶液中存在0.2 mol/L的干扰离子Ca~(2+)时,AmS和MmS吸附剂的吸附效率仍能维持在70.4%和73.4%;吸附剂的动态吸附行为均符合伪二级动力学模型,速率控制步骤为化学吸附过程,能够在60 min内快速到达吸附平衡;吸附剂的等温吸附曲线均符合Langmuir模型,为单分子层吸附。吸附试验表明,298 K时AmS和MmS吸附剂对Hg~(2+)的最大吸附容量分别为121.8和149.1 mg/g,远高于改性前的铁杉木屑(5.6 mg/g),具有良好的应用前景。