花生壳生物炭对硝态氮的吸附机制研究

以花生壳为原料,300℃热解条件下制得生物炭。通过批量平衡吸附试验,结合吸附前后FTIR、XPS图谱表征分析探索硝态氮(NO-3-N)在生物炭表面的吸附机制。结果表明,生物炭对NO-3-N的吸附显著受溶液pH值影响,当pH6时有利于吸附的进行。随溶液初始NO-3-N浓度增加,生物炭对其吸附量逐渐增加,在初始浓度800 mg·L-1的吸附体系中,最大吸附量达40 mg·g-1,Freundlich方程可较好地拟合(R2=0.975)生物炭对NO-3-N等温吸附过程,吸附为非均一的多分子层吸附;生物炭对NO-3-N的吸附可在30 min达到平衡,伪二级动力学方程能够较好地描述吸附动力学过程,表明吸附以化学吸附为主。FTIR、XPS图谱分析表明,生物炭表面分布的羟基(-OH)、芳香环羰基(-C=O)及脂肪族醚类(-O-)等官能团参与了吸附过程,且与之相连的C原子结合能均增加。结合生物炭表面金属离子分布状况,综合分析认为,通过氢键形成和金属桥键作用是生物炭对NO-3-N吸附的主要机制。     

微生物固定化生物炭对水体铵态氮去除效果的研究

为探究微生物固定化生物炭对水体铵态氮(NH_4~+-N)去除效果的影响,以花生壳生物炭(BC)为载体,通过吸附和包埋两种方法将脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、假单胞菌(Pseudomonas)和拉乌尔菌(Raoultella)固定在生物炭上,然后将该微生物固定化生物炭投加到NH_4~+-N模拟废水中,结合表面微观结构表征,研究其对水体NH_4~+-N的去除性能。结果表明:吸附和包埋法均能将微生物固定到生物炭表面,并在生物炭表面呈饼状、杆状和粒状分布。吸附法固定脱氮副球菌和假单胞菌,分别缩小生物炭比表面积和孔容积5.5%～17.2%和5.4%～25.8%。吸附法固定拉乌尔菌,分别增大生物炭比表面积和微孔容积45%和43%,缩小介孔和大孔容积。包埋法引入—CH_2、C—H和C=O键等新的官能团,但由于带入包埋材料,使固定微生物生物炭比表面积减少87.3%～96.3%,孔容急剧缩小,其中介孔缩小84.1%～98.2%,微孔几乎全部被封堵。因此,吸附法制得的固定化微生物生物炭对水体NH_4~+-N去除速率较包埋法高1.16～3.44倍。研究表明,吸附法和包埋法均能将微生物固定在生物炭表面,包埋法对生物炭的孔隙结构和表面官能团影响更大,吸附法对水中NH_4~+-N的去除效率更高。     

改性生物炭对沼液氨氮的吸附效果研究

针对沼液中氮含量排放超标污染问题,为筛选出能使氮元素最大回收的有效吸附方法,以玉米秸秆、玉米芯和木屑为原料,分别于550℃、600℃、650℃下热解成生物炭,并采用NaOH+微波、FeCl3、KOH和HNO3对其进行改性处理,采用扫描电镜和压汞仪对生物炭进行表征,通过吸附动力学、吸附等温线和影响因素试验考察生物炭对NH+4-N的吸附效果。结果表明：NaOH+微波改性的550℃玉米秸秆炭（A-550-NaM）、KOH改性的550℃玉米秸秆炭（A-550-K）、NaOH+微波改性的600℃木屑炭（C-600-NaM）和FeCl3改性的550℃玉米芯炭（B-550-Fe）对NH+4-N的吸附平衡时间在60~150 min之间,其平衡吸附量分别为8.58 mg/g、8.30 mg/g、7.95 mg/g和8.01 mg/g;Langmuir模型较Freundlich模型更适合描述B-550-Fe、A-550-NaM和A-550-K对NH+4-N的吸附行为,3种改性生物炭对NH+4-N的最大吸附量分别为200.24 mg/g、101.86 mg/g和94.82 mg/g。     

不同制备条件生物炭对NH_4~+、NO_3~-、PO_4~(3-)的吸附能力初筛

以6种常见农业废弃物:小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳、玉米芯、猪粪、羊粪为主要材料,采用限氧裂解法在350℃和550℃条件下制备了12种生物炭,探究生物炭NH_4~+、 NO_3~-、 PO_4~(3-)吸附能力对生物炭原材料和制备温度变化的响应规律。研究发现,上述3种养分离子中,生物炭对PO_4~(3-)的吸附能力最强,12种生物炭平均为4.78 mg/g;其次是NH_4~+,平均为2.52 mg/g; NO_3~-吸附能力最低,平均为1.62 mg/g。秸秆类生物炭表现出较强的NH_4~+和NO_3~-吸附能力,羊粪生物炭对PO_4~(3-)的吸附能力最强。此外,生物炭对NH_4~+的吸附能力随制备温度的升高而降低,生物炭对NO_3~-、 PO_4~(3-)的吸附能力随制备温度的变化受原材料的影响。结合相关性分析发现,生物炭表面含氧官能团是影响其NH_4~+吸附能力的主要因素,灰分含量是影响其PO_4~(3-)吸附能力的主要因子之一。因此,生物炭具备一定的氮磷吸附能力,低温(350℃)秸秆类生物炭适用于NH_4~+吸附,高温(550℃)秸秆类生物炭适用于NO_3~-吸附,羊粪生物炭是PO_4~(3-)的良好吸附材料。     

新疆南疆典型农业残余物生物炭制备及其对亚甲基蓝的吸附研究

本研究以新疆南疆地区典型农业残余物玉米秆、棉秆、枣枝以及核桃壳为原料，通过高温热解法制备生物炭，对比其吸附亚甲基蓝特性的差异。运用X射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法表征分析生物炭物理结构及化学成分，通过动力学及热力学分析研究生物炭的吸附过程，同时考察pH值、生物炭用量以及温度对其吸附特性的影响。结果表明以棉秆为原料制备的生物炭，二级动力学拟合度高，孔隙结构稳定，含氧官能团丰富；热力学分析中K_F=1.966 2，在四种生物炭中吸附力最强；在环境pH大于7、吸附温度为35℃时对阳离子具有良好的物理及化学吸附性能。     

玉米秸秆生物炭对Cd2+的吸附特性及影响因素

以玉米秸秆生物炭为实验材料,研究了生物炭吸附重金属Cd2+的性能,分析了吸附温度、吸附时间、初始pH值以及生物炭粒径对吸附的影响,并对吸附前后生物炭样品进行傅里叶变换红外光谱分析(FITR)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)表征以分析吸附机理。结果表明:玉米秸秆生物炭对Cd2+的吸附可用Langmuir等温方程较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为18.49 mg·g-1(288.15 K)、23.51 mg·g-1(298.15 K)、23.59 mg·g-1(308.15 K)和24.43 mg·g-1(318.15 K),吸附动力学过程可以由准二级动力学方程很好地拟合,约40 min即达平衡,pH值为5时吸附量最大,生物炭粒径对吸附无明显影响。结构表征表明,生物炭对Cd2+的吸附机理主要为表面羟基(-C-OH)和羰基(-C=O)与Cd2+发生络合化学反应作用。     

工业、农林废弃物吸附染料废水的静态吸附性质

采用粉煤灰、花生壳、木屑等3种废弃物作为吸附剂进行静态吸附试验,比较3种废弃物在不同pH值、浓度、时间对亚甲基蓝吸附的影响;并应用吸附等温线及吸附动力学方程对试验结果进行拟合,初步探讨吸附机理。结果显示:粉煤灰受pH值影响大,花生壳、木屑在pH值3～12范围内都能有效吸附亚甲基蓝,吸附等温线经等温方程拟合后,粉煤灰、木屑更符合Langmuir等温吸附方程的描述,其吸附属于单分子层吸附;花生壳的吸附过程符合Freun-dlich等温吸附方程的描述,其吸附属于多分层吸附;经动力学方程拟合后,3种物质吸附均符合拟二级动力学过程。3种物质对亚甲基蓝的吸附效果表现为:花生壳>木屑>粉煤灰。     

不同作物原料生物质炭对溶液芘的吸附特性

采用小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳低温热裂解生成的生物质炭,通过控制吸附时间、溶液初始质量浓度和投加量,研究了不同作物原料生物质炭对芘的吸附性能,并比较了三者的解吸率。结果表明:3种生物质炭对芘的吸附约经12 h达到平衡,吸附动力学过程符合Lagergren准二级反应动力学模型;等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,且前者拟合程度稍好;玉米秸秆炭、小麦秸秆炭和花生壳炭在25℃下对芘的饱和吸附量分别为1667、714、370μg·g-1;在生物质炭投加量为500 mg·L-1时,3种生物质炭对芘的去除率均在90%以上;将吸附达平衡后的生物质炭进行连续6 d的解吸,发现3种生物质炭对芘的解吸率均在7%以下。因此,作物秸秆,尤其是玉米秸秆,热裂解成生物质炭可望作为去除水体多环芳烃污染的新型吸附材料。     

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。     

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。     

溴氰虫酰胺在土壤中的吸附特性

为研究溴氰虫酰胺（CNAP）在土壤中的吸附特性,在5种不同类型的土壤上进行吸附动力学和吸附热力学试验,探究了土壤性质和溶液初始pH对吸附行为的影响。结果表明,CNAP的吸附动力学符合Elovich方程,0~12 h快速吸附,平衡吸附时间为48 h,1 mg·L^-1时的平衡吸附量为1.21~2.40 mg·kg^-1。不同土壤对CNAP的吸附等温线符合Freundlich方程,25℃下Freundlich吸附常数范围为1.11~4.97,与有机质含量呈显著正相关（P<0.05）,与黏粉粒含量正相关。通过热力学试验发现,CNAP的吸附是吸热反应,吸附Gibbs自由能变为负值,升高温度有利于吸附发生,吸附焓变小于40 kJ·mol^-1,属于物理吸附。初始pH显著影响潮土、褐土、红壤土对CNAP的吸附量,吸附量随着pH的升高先增大后降低,最适吸附pH为4~5,黑土和水稻土不受初始pH的影响。CNAP在土壤中的吸附量与有机质含量呈显著正相关,计算模拟表明CNAP和黄腐酸能形成较强的氢键。研究表明不同土壤对CNAP有不同的吸附特性,提高土壤有机质含量、升高温度、增加黏粉粒含量有利于吸附。     

天然气吸附床传热试验研究

对天然气吸附床在绝热条件下进行了传热试验,试验测量了吸附床在吸附过程中的温度分布与变化,试验结果表明,吸附床的温度随充气量的增加不断升高,数值达75℃左右,而且温度分布极不均匀,相差达30℃。试验发现,吸附床中气体渗透对温度上升有较大影响,因此控制吸附床的温度需要强化吸附床的传热与传质。     

除草剂苄嘧磺隆在土壤中吸附与解吸附特性

应用平衡法测定了４种浓度~（１４）Ｃ－苄嘧磺隆溶液在１０种土壤中的吸附与解吸性能。结果表明：土壤对苄嘧磺隆有很强的吸附性，且随供试土壤理化性质的差异其吸附性呈现明显变化，其中安徽红壤和江西红壤性水稻土吸附率为７３．２４％和５０．９５％；江苏黄潮土Ｂ和Ａ吸咐率分别为１０．７４％和２１．１２％。根据Ｆｒｕｅｎｄｌｉｃｈ方程计算：１０种土壤的吸附方程均呈良好线性关系；经计算机进行多元线性回归分析，吸附率与土壤理化性质呈显著相关，其中ｐＨ值与吸附率呈极显著负相关。吸附于土壤的苄嘧磺隆经水作用可被解吸，解吸率与其吸附率呈负相关．苄嘧磺隆在土壤中的强吸附性表明它在土壤中移动性小而难以淋脱。     

山核桃、苔藓和松针基生物质炭对亚甲基蓝及刚果红的吸附性能研究

在600 ℃和无氧条件下热裂解制备山核桃木、苔藓和松针三种生物质炭,用于研究三种生物质炭吸附阴离子型染料刚果红及阳离子型染料亚甲基蓝的pH效应、吸附等温线和吸附动力学效应。结果表明,碱性条件下三种生物质炭对亚甲基蓝表现出较好的吸附绩效,而酸性条件更利于三种生物质炭对刚果红的吸附。染料的初始浓度效应研究表明,生物质炭能有效吸附亚甲基蓝、刚果红,且吸附等温线能较好地符合Freundlich方程。三种生物质炭对刚果红吸附容量均比对亚甲基蓝吸附容量高。三种生物质炭对亚甲基蓝和刚果红的吸附主要发生在1 h内,然后缓慢增加,经6 h左右达到吸附平衡,吸附过程均符合伪二级动力学模型。颗粒内扩散模型拟合结果表明,颗粒内扩散阶段是限制吸附速率的主要阶段。     

微波加热硝酸氧化改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的吸附作用

通过研究四种改性生物质炭吸附重金属离子Pb(Ⅱ)和阳离子型染料亚甲基蓝的动力学效应、等温吸附效应、溶液初始pH效应和共吸附效应,探讨微波辅助加热在生物质炭氧化改性中的作用。结果表明,改性稻壳基生物质炭能够有效吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝,吸附容量显著高于初始生物质炭。Langmuir方程和Freundlich方程能很好地拟合改性稻壳基生物质炭吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的等温数据(R20.90)。改性生物质炭吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的动力学研究显示,改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的吸附主要发生在前2 h内,吸附过程符合伪二级动力学模型。随着溶液中pH的增大,Pb(Ⅱ)的去除率迅速增加,并在pH6时达到最大,亚甲基蓝的去除率在实验pH范围内也随pH缓慢上升,在pH为8~9时达到最大并逐渐趋于平衡。Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的共吸附效应表明,随着摩尔比值[MB/Pb(Ⅱ)]的增大,亚甲基蓝抑制了改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附。微波加热硝酸氧化改性显著提高600℃热裂解生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附性能和300℃热裂解生物质炭对亚甲基蓝的吸附性能。     

利用木聚糖酶酶解小麦麸皮制备低聚木糖工艺参数的研究

研究利用木聚糖酶酶解小麦麸皮制备低聚木糖。采用正交旋转组合实验优化设计,确定木聚糖酶酶解制备小麦麸皮低聚木糖的最佳工艺参数。结果表明,底物浓度为10.5%,加入酶量为1 000 IU/g底物,水解温度为53℃,水解时间为5.5 h,最终得到酶解液中低聚木糖的平均聚合度为2.18,总还原糖含量为5.83 mg/mL。并通过HPLC分析确定酶解液中主要含有木二糖、木三糖、木四糖、木五糖等低聚木糖组分,且低聚木糖（木二～木五）的相对含量达64.41%。说明此水解条件能够较好的制备低聚木糖。     

茶渣对儿茶素的吸附动力学

以茶渣为吸附剂,分别用拟一级动力学方程和拟二级动力学方程对其选择性吸附过程进行拟合,探讨茶渣分别对以表没食子儿茶素没食子酸酯( epigallocatechin gallate , EGCG)为主的儿茶素组分、咖啡碱的吸附和解吸附动力学特性.结果发现：拟二级动力学模型能更好地描述该吸附过程;吸附后茶汤中咖啡碱与总儿茶素比值由原来的0.164降至0.079;经40％乙醇解吸后,所得解吸液中酯型儿茶素占原溶液中酯型儿茶素的86.99％,咖啡碱为24.24％;茶渣柱层析穿透实验表明,咖啡碱最早穿透,其次为简单儿茶素,酯型儿茶素穿透最晚,进一步证明茶渣对以 EGCG 为主的酯型儿茶素吸附作用最强,脱咖啡碱效果显著;解吸实验表明,40％乙醇可充分解吸茶渣所吸附的酯型儿茶素.因此,在本实验条件下,解吸附可先用10％乙醇淋洗出咖啡碱,再用40％乙醇洗脱酯型儿茶素,可望得到富含酯型儿茶素的高纯度儿茶素类产品.     

改性方法对煤渣除磷效果的影响

比较了经HCl和CaCl2,MgCl2改性后的煤渣对磷的吸附效果,研究了HCl改性煤渣对磷的吸附性能.结果表明,改性煤渣对磷的吸附能力从大到小依次为:HCl改性煤渣、CaCl2改性煤渣、MgCl2改性煤渣,其吸附量分别为47.24,19.58,14.50 mg/kg.原煤渣与HCl改性煤渣在振荡24 h后均达到吸附平衡,吸附量随初始磷浓度的增加而增加,对磷的吸附更符合Langmuir等温方程,对磷的最大理论吸附量为265.58 mg/kg.改性煤渣具有更好的除磷效果,可用HCl改性煤渣提高除磷效率.     

滇池北岸城郊红壤对磷的吸附特征

研究滇池北岸红壤对可溶性磷的等温吸附及动力学特征,比较不同质量红壤对不同浓度磷的吸附参数差异。结果表明：红壤对可溶性磷的吸附随振荡时间的延长而增加;对磷的等温吸附同时符合朗格缪和弗兰德利希等温吸附方程;在恒温条件下,红壤对磷的吸附量随磷浓度的上升而增加,但吸附率逐渐下降。通过红壤吸附磷的吉布斯自由能计算,进一步证明红壤吸附磷具有自发性;对比同类基质材料磷的吸附量,发现本地红壤具有较大的吸附能力,同时具备经济、易获取等优点。     

铁铝氧化物吸附磷的研究

用得到x-射线衍射及电子显微镜和红外光谱确证的人工合成针铁矿与三水铝石进行磷吸附的研究。结果表明,针铁矿和三水铝石具有强烈吸附磷的能力,所得吸附数据可用吸附等温方程——Langmuir方程,Freu-ndlich方程和Temkin方程描述,Langmuir方程的适用性较好。从方程得到的吸附参数Xm值和a值,三水铝石要比针铁矿高一倍,其ΔG值也高于针铁矿。这两种人工合成矿物的吸附参数同天然的高岭石、蒙脱石明显不同。此外,在高pH时,这两种合成矿物吸附的磷量均少于低pH时的吸附量,而当有竞争离子腐殖质或氟离子存在时,它们仍然能够强烈地吸附磷。