磁性玉米秸秆生物炭对水体中Cd的去除作用及回收利用

以农田生态系统废弃农作物秸秆资源化利用为前提,以生物炭去除水体重金属镉(Cd)污染及其回收利用为目的,该文以500℃裂解的原始玉米秸秆生物炭(MSB,maize straw biochar)和磁性玉米秸秆生物炭(MMSB,magnetic maize straw biochar)试验材料,在2种生物炭的表面性状进行表征的基础上,探究了不同吸附条件下生物炭对污染水体中Cd(Ⅱ)的吸附去除作用及其回收利用的可能性。结果表明:MSB和MMSB对Cd(Ⅱ)的吸附量在pH值为5时达到最大,其最大吸附量分别为27.52和33.45 mg/g;当MSB和MMSB添加量为1.4和0.8 g/L时,对Cd(Ⅱ)的去除率分别可达85.15%和95.48%;Langmuir方程能更好地模拟等温吸附行为,MSB和MMSB达到平衡时的最大吸附容量分别为26.03和43.45 mg/g,趋近实际值;动力学数据与二级动力学方程拟合度更高,MSB和MMSB的平衡吸附量Qe理论值分别为13.42和24.31 mg/g;MMSB对其表面吸附Cd(Ⅱ)的解吸率均显著低于MSB。磁性生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附效率和固着能力增强可能与其较高的pH值、更大的比表面积、更多的极性含氧官能团有关。此外,在外部存在磁场的情况下,磁性生物炭可以通过磁力作用加以回收再利用。研究成果对促进农业废弃物的资源化利用以及水体环境中重金属净化技术的进步均有重要意义。     

三种铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附研究

采用批量吸附试验,研究实验室制备的水铁矿、磁铁矿和纤铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附性能。结果表明,在p H中性条件下,结晶差的水铁矿吸附砷的能力明显优于结晶较好的磁铁矿和纤铁矿,准二级动力学方程拟合效果较好,说明存在多种吸附过程,并可能涉及专性吸附作用;在酸性条件下,三种铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力大小顺序均为水铁矿磁铁矿纤铁矿,铁氧化物吸附As(Ⅴ)的能力优于As(Ⅲ),Langmiur方程和Freundlich方程拟合效果均较好,说明铁氧化物对砷的吸附为均匀介质表面的单层吸附或非均匀介质表面的多层吸附;在弱酸至弱碱范围内,三种铁氧化物对As(Ⅲ)的吸附效果均较好且吸附量变化不大,强酸和强碱条件都会引起铁氧化物吸附As(Ⅲ)量的降低,三种铁氧化物对As(Ⅴ)的吸附均随着p H升高而逐渐减少;由于竞争吸附作用,磷酸盐浓度的增加使三种铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附显著减少;随着腐殖酸浓度的增加,三种铁氧化物对As(Ⅲ)的吸附能力逐渐减小,低浓度的腐殖酸微弱地促进铁氧化物对As(Ⅴ)的吸附,高浓度的腐殖酸抑制As(Ⅴ)的吸附。     

生物炭对水稻土Fe(Ⅲ)还原过程中碳源利用效率的影响

研究以采自吉林和江西的水稻土为供试土壤,采用恒温泥浆厌氧培养方法,探讨添加生物炭和不同有机碳源(葡萄糖、乙酸钠、丙酮酸钠和乳酸钠)条件下土壤泥浆中Fe(Ⅱ)浓度和pH值的变化,采用Logistic模型对Fe(Ⅲ)的还原特征进行了拟合分析。结果表明,添加生物炭可以促进2种水稻土中的Fe(Ⅲ)还原能力。添加生物炭条件下,不同外源有机碳对水稻土中Fe(Ⅲ)还原特征的影响存在差异,在吉林水稻土中,对Fe(Ⅲ)还原的调控能力显著大于江西水稻土。2种水稻土均能较好地利用乳酸盐、丙酮酸盐和葡萄糖还原Fe(Ⅲ),而添加乙酸盐后的Fe(Ⅲ)还原则表现出一定的滞后性。添加乳酸盐处理最大Fe(Ⅲ)还原速率高于其他有机碳源,且达到最大Fe(Ⅲ)还原速率的时间最短,表明乳酸盐是2种水稻土中铁还原过程的优势碳源。添加发酵性的有机碳源可显著影响泥浆培养过程中的pH值,有机碳源对江西水稻土pH的影响明显大于吉林水稻土,表明吉林水稻土中有机碳源对发酵过程产生的氢的利用能力优于江西水稻土。     

碳酸氧镧改性生物炭材料的合成及对磷酸盐去除性能

为高效去除废水中过量的磷酸盐为目的,该研究将研究利用艾草生物质与镧溶液共生共热的方法制成具有大量纳米级碳酸氧镧突起的镧基复合生物炭材料,研究了材料投加量、初始磷酸盐浓度、吸附时间、初始溶液pH值和共存离子对其吸附磷酸盐性能的影响及饱和磷吸附镧基复合生物炭材料（La-CB2-P）对生菜种子发芽率的试验。试验结果表明：La-CB2最佳投加量为1 g/L,最佳吸附温度为25 ℃,对磷酸盐的吸附主要为多分子层吸附,Langmuir模型模拟最大吸附容量为126.82 mg/g,并在12h内达到吸附平衡,酸性至中性水环境中La-CB2吸附性能更优,并对碱性水环境的pH值具有缓冲作用,在pH值为3时La³⁺浸出率为7.66%,其他pH值条件下仅为0.029%左右,在磷吸附过程中La-CB2的DOC溶出量随着初始溶液pH值的升高呈先增后减的趋势,在多种共存阴离子中对磷酸盐具有很强的选择性吸附,水体中的腐殖酸会大幅度降低La-CB2对磷酸盐的吸附性能。饱和磷吸附镧基复合生物炭材料（La-CB2-P）能够作为磷缓释肥显著促进生菜发芽,对La-CB2在富营养水体的磷吸附及资源回收提供了大量的理论基础。     

不同原料生物炭的改性及其吸附/钝化Cd(Ⅱ)效果

综述了生物炭原料来源、改性方法、Cd(Ⅱ)吸附机理以及施加生物炭对土壤pH值、C/N和镉形态的影响,提出今后应加强(改性)生物炭修复Cd(Ⅱ)污染土壤的田间实验研究,长期跟踪施加(改性)生物炭后土壤Cd(Ⅱ)形态、土壤养分、微生物群落组成和结构等的变化。     

生物炭Mg/Al-LDHs复合材料对磷的吸附特性及机理

为有效控制水体富营养化和实现农业废弃物资源化利用,以生物炭作为类水滑石(Layered Double Hydroxide,LDHs)的载体,采用共沉淀法制备出生物炭镁铝水滑石复合材料(Mg/Al-LDHs@BC),并研究其对水中磷酸盐的吸附特性.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、Zeta电位仪、傅立叶红外光谱仪和X射线光...     

铁锰镁离子改性生物炭对溶液硝态氮的吸附性能研究

为突破生物炭对硝态氮吸附的局限性,以花生壳为原料,在600℃条件下热解制备生物炭(BC),分别用FeCl₃、MnCl₂、MgCl₂对其进行金属负载改性(BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg),设计批量吸附试验,结合扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)等进行表征分析。结果表明,铁、锰、镁离子改性使生物炭的比表面积增大6.67～12.16倍,孔容增加3.30～6.00倍,并显著增强了对硝态氮(NO^-₃-N)的吸附性能(P<0.05),吸附量较BC增加11.5%～17.1%,BC-Fe、BC-Mn和BC-Mg对NO^-₃-N的最大吸附量分别为41.58、39.04、39.58 mg·g^-1,铁、锰、镁离子与炭的最佳质量比分别为0.80、0.20、0.20,铁离子改性效果最好;酸性条件有利于改性生物炭对NO^-₃-N的吸附,吸附动态符合Lan...     

棉花、花生秸秆生物炭对棕壤中Cu(Ⅱ)运移的影响

[目的]分析棉花、花生生物炭基本理化性质,模拟自然条件下降雨对土壤中Cu(Ⅱ)淋失量的影响,探讨生物炭修复Cu(Ⅱ)污染棕壤的可行性。[方法]以棉花、花生秸秆为原料,采用限氧热解法分别在350,500,650℃下制备生物炭,将生物炭按1%的炭土干重比施入铜污染棕壤[Cu(Ⅱ)的浓度200mg/kg],通过室内土柱淋溶试验分析添加不同生物炭对土壤缓冲性能和吸附能力的影响。[结果]两类生物炭的H/C及O/C的比值随着温度的升高逐渐降低,而生物炭的BET比表面积则随着制备温度的升高而逐渐增大;添加生物炭的土壤淋溶液pH值显著高于空白处理,花生生物炭的效果更为显著;随着淋溶次数的增加,添加生物炭的土壤中Cu(Ⅱ)的淋失量明显低于空白处理;添加花生生物炭提高了土壤中Cu(Ⅱ)的专性吸附,以650℃最为显著。[结论]两种生物炭能明显提高土壤的缓冲性能和对重金属的吸持能力,其中以花生生物炭的效果更为明显。     

茶树枝叶制备生物炭负载纳米零价铁净化水中Cr(VI)

茶树废弃物引起的环境破坏和病虫害爆发问题日益突出,对其进行无害化和资源化利用具有重要意义。该研究以修剪的茶树枝叶提取液作为还原剂和封端剂,以提取后的残渣作为炭源,成功制备了一种可高效去除水中六价铬(Cr(Ⅵ))的生物炭负载纳米零价铁复合材料(nanoscale zero-valent iron embedded tea leaves,TLBC-nZVI)。分析了材料用量、溶液初始pH值和温度等对Cr(Ⅵ)去除效果的影响;利用扫描电子显微镜结合能量色散X射线光谱仪(SEMEDS)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线粉晶衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)等对材料进行表征,结合吸附动力学、吸附等温线和吸附热力试验探讨了去除机制。结果表明酸性条件、高温、增加材料用量有利于TLBC-nZVI对Cr(Ⅵ)的去除。TLBC-nZVI吸附过程符合准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Freundlich吸附等温模型,该吸附是自发的化学吸热过程。TLBC-nZVI与Cr(Ⅵ)的反应机制为吸附在材料上的Cr(Ⅵ)被零价铁(Fe⁰)和还原性官能团还原为三价铬(Cr(Ⅲ))...     

皇竹草生物炭的结构特征及其对（）的吸附性能

以皇竹草茎秆为原料,在限氧控温（300、500、700℃）条件下制备生物炭,研究该生物炭的结构特征及其对Cr（Ⅵ）的吸附行为。结果发现,随着热解温度的升高,皇竹草生物炭的产率下降,而灰分、pH呈上升趋势;电镜扫描（SEM）观察可见不同热解温度下所制备的生物炭结构相似,均具多孔和管状结构,但在700℃条件下所制备的生物炭相对300℃下制备的生物炭孔壁变薄,且孔壁有附着物,切面有突起结构。三种温度下制备的皇竹草生物炭对溶液中的Cr（Ⅵ）都具有较好的吸附作用,且500、700℃下制备的生物炭比300℃下制备的生物炭具有更好的吸附效果。在0~1 h之间,三种热解温度下制备的生物炭对铬的吸附量均随着时间的延长而快速增加,当吸附至1h时,基本达到饱和状态,随后吸附量无明显变化。     

棉秆生物炭去除水中Pb(Ⅱ)吸附机理的量化分析

为消除酸洗对生物炭吸附量的影响,更精确地量化分析各吸附机理在生物炭吸附重金属过程中的作用,该研究以棉花秸秆为原料,采用慢速热解法制备棉秆炭,棉秆炭经酸洗后制得脱矿炭;以吸附水中Pb2+为例,研究该过程中棉秆炭的各吸附机理。采用先进技术表征吸附前后棉秆炭的表面形貌结构和理化特性,定量分析吸附前后棉秆炭上的含氧官能团和吸附溶液中可交换阳离子,从而计算出各吸附机理的贡献。结果表明,棉秆炭吸附Pb2+的过程中包含沉淀、离子交换、π电子、络合及物理吸附五种作用机理;随热解温度升高,沉淀和π电子作用增强,离子交换和络合作用减弱;Ca2+和Mg2+在离子交换中起主导作用,占比超过95%;吸附机理的量化分析结果表明：无机组分对棉秆炭吸附Pb2+具有重要作用,沉淀和离子交换的贡献不低于70.6%。研究结果可为生物炭/改性炭吸附重金属机理的量化分析、废弃棉秆的资源化利用、水体和土壤重金属污染防治提供理论依据。     

与Fe(Ⅲ)共存的Fe(Ⅱ)分光光度法测定

Fe(Ⅱ)的含量及变化与土壤和沉积物的氧化还原性质关系密切.当与Fe(Ⅲ)共存时,Fe(Ⅱ)的测定往往受到干扰.本文研究了常用显色剂2,2’-联吡啶和菲洛嗪(Ferrozine)测定土壤Fe(Ⅱ)时存在的问题及解决办法.结果表明,Fe(Ⅲ)可与显色剂作用形成络合物,该络含物对Fe(Ⅱ)测定所用波段的光线具有吸收作用,从而使Fe(Ⅱ)浓度被过高估计.Fe(Ⅲ)对Fe(Ⅱ)测定的干扰程度与其浓度及所选显色剂有关.当以2,2’-联吡啶为显色剂时,单位浓度Fe(Ⅲ) (1.0 mg/L)将导致Fe(Ⅱ)的测定值比实际值高0.012 mg/L;而当菲洛嗪为显色剂时,单位浓度Fe(Ⅲ)引起的Fe(Ⅱ)高估值在0.010～0.032 mg/L之间.F-能够抑制Fe(Ⅲ)-显色剂络合物的形成.当F-的加入量超过Fe(Ⅲ)的4倍时,F-能有效地消除Fe(Ⅲ)的干扰.实际样品的测定结果表明,改进的Fe(Ⅱ)分光光度法能够满足土壤及沉积物中Fe(Ⅱ)的准确测定.     

可变电荷土壤对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附及二者的竞争作用

三种可变电荷土壤对砷的吸附实验结果表明,在pH3~7范围内,As(Ⅲ)的吸附量随pH的升高而增加,三种土壤对As(Ⅲ)吸附能力的大小顺序为砖红壤>黄壤>红壤。红壤和砖红壤对As(Ⅴ)的吸附量随pH的升高而降低,黄壤中呈相反的变化趋势,三种土壤对As(Ⅴ)吸附能力的大小顺序是黄壤>砖红壤>红壤。三种可变电荷土壤对As(Ⅴ)的吸附能力较对As(Ⅲ)大得多,砷的吸附量既与土壤游离氧化铁的含量有关,又与氧化铁的结晶形态密切联系,由于黄壤中水化氧化铁在游离铁中所占比例较高,其对As(Ⅴ)吸附能力较砖红壤和红壤大。As(Ⅲ)与As(Ⅴ)共存体系的研究结果表明,两种形态的砷可以竞争可变电荷土壤表面的吸附位,但在酸性条件下As(Ⅴ)较As(Ⅲ)有更强的竞争能力,因为As(Ⅴ)使土壤对As(Ⅲ)的吸附量显著减小,而As(Ⅲ)对红壤和砖红壤吸附As(Ⅴ)有一定的影响,对黄壤中As(Ⅴ)的吸附几乎没有影响。     

α-Fe_2O_3对Cr(Ⅲ)的等温吸附特征研究

由于工农业生产中对铬的处理不力,造成土壤及地下水的严重污染.铬对人体的毒害能引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎,并有致癌作用.重金属离子与土壤、矿物的相互作用是重金属环境地球化学循环的主要环节,而重金属在水体和土壤中的迁移转化过程主要表现为金属离子在矿物界面的吸附/解吸和沉淀作用.     

秸秆生物炭对棕壤中Cu(Ⅱ)的吸附效应及影响因素

以棉花、花生秸秆为原料,采用限氧热裂解法分别于350℃、500℃、650℃下制备生物炭,通过等温吸附和吸附动力学实验,研究两种秸秆生物炭对棕壤中Cu(Ⅱ)的吸附特性和修复效应。结果表明:随裂解温度上升,秸秆生物炭的碳化程度和BET比表面积增加,而含氧官能团、H/C和O/C的比值则减少,且花生秸秆生物炭的芳香化程度、碳化程度和比表面积均高于棉花秸秆生物炭;不同温度梯度制备的生物炭在吸附效果及机制方面存在差异,秸秆生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附效果与Lagergren动力学方程的二级动力学方程、Langmuir等温方程可以较好拟合;随着pH的升高,吸附量均增加,吸附量在6.5时达到最大,且花生生物炭的吸附量大于棉花生物炭;SEM电镜扫描图展示了花生秸秆生物炭的表面特征和孔隙结构比棉花明显;FTIR谱图分析表明秸秆生物炭含氧官能团含量随裂解温度的升高而减少。综上,花生秸秆生物炭对山东棕壤重金属污染的修复效果更优。     

生物炭-凹凸棒土复合材料对水稻土锌镉的钝化及土壤养分和酶活性的影响研究

为了比较生物炭、凹凸棒土以及生物炭-凹凸棒土复合材料3种钝化剂对锌镉复合污染水稻土的钝化修复效果,本研究利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、比表面积表征(BET)和扫描电镜(SEM)等技术手段对稻壳生物炭和凹凸棒土样品进行表征,并采用土培试验研究稻壳生物炭、凹凸棒土及生物炭-凹凸棒土复合材料对实际重...     

水钠锰矿对Cr(Ⅲ)离子的吸附解吸及氧化行为

采取等温吸附热力学方法,探讨了锰氧化合物(水钠锰矿)对Cr(Ⅲ)离子的吸附解吸和氧化特征及温度、pH等因素对其影响。研究结果表明,随着Cr(Ⅲ)初始加入量的增加,总铬吸附量逐渐增大,用Langmuir方程可以很好地描述吸附等温线数据;达到反应平衡时,水钠锰矿对Cr(Ⅲ)离子的氧化量与加入初始Cr(Ⅲ)的浓度呈极显著线性正相关,而水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的氧化率,随初始Cr(Ⅲ)浓度增加而减小;温度是影响水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的吸附和氧化的重要因素,35℃时的吸附量显著低于25℃时的吸附量,而35℃时的氧化量、氧化率明显高于25℃时的氧化量、氧化率,表明升温对吸附反应不利,而对氧化反应有利;溶液酸度对于Cr(Ⅲ)的吸附和氧化有着不同的影响,随着pH的升高,Cr(Ⅲ)离子氧化量、氧化率增大,然而,水钠锰矿对总Cr的吸附量则随着pH的升高而减小,表明pH的升高有利于氧化反应,而对吸附反应不利。     

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr（遇）的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450益和600益下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr（遇）的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明：对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr（遇）的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：玉米秸秆>生物炭300益>生物炭450益>生物炭600益;当溶液初始pH=1时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：生物炭300益>玉米秸秆>生物炭450益>生物炭600益,且生物炭300益对Cr（遇）的最大吸附量约为141.24 mg·g-1。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr（遇）的吸附。     

α-Fe2O3 对Cr(Ⅲ)的等温吸附特征研究

由于工农业生产中对铬的处理不力,造成土壤及地下水的严重污染。铬对人体的毒害能引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎,并有致癌作用。重金属离子与土壤、矿物的相互作用是重金属环境地球化学循环的主要环节,而重金属在水体和土壤中的迁移转化过程主要表现为金属离子在矿物界面的吸附/解吸和沉淀作用[1]。矿物对重金属的吸附可以减轻或缓解环境污染。赤铁矿是一种重要的铁氧化物,是酸性土壤中广泛存在的稳定矿物之一,由于具有较大表面积、较多表面活性官能团以及较强的电荷可变性,使其对土壤的物理化学特性,尤其是对营养元素和污染物质、重金属离子的吸持、迁移、有效性和毒性均有着极其重要的作用。金属氧化物尤其是铁锰氧化物与重金属离子的     

施加不同种类生物质炭及冻融交替后土壤吸附Cu(Ⅱ)的变化

以棉花和花生秸秆为原料于500℃下限氧慢速热解制备得到两种生物质炭,通过批处理恒温振荡法,探讨了土壤施加不同种类生物质炭及冻融交替后吸附Cu(Ⅱ)的变化。结果表明,Freundlich和Langmuir等温模型均能较好地拟合各处理土壤对Cu(Ⅱ)的吸附,土壤施加棉花和花生秸秆炭后对Cu(Ⅱ)的吸附能力显著提高,吸附能力分别提高了3.8和17.9倍;冻融交替后施加棉花和花生秸秆炭的土壤对Cu(Ⅱ)的吸附能力均降低,吸附能力分别下降了1.6和1.1倍;花生秸秆炭比棉花秸秆炭更适宜作为土壤改良剂修复重金属污染土壤。