水洗处理对秸秆生物质炭吸附解吸Cd2+和Pb2+的特性影响

水洗处理在不影响生物质炭性质的前提下,可以去除附着在其表面的热解副产物,从而保证对重金属离子的去除能力。以小麦和玉米秸秆为原料,比较两种秸秆类生物质炭对溶液Cd2+和Pb2+的吸附解吸特点及其水溶性盐分含量的影响。结果表明,小麦和玉米秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附过程均更好地符合准二级动力学方程和Langmuir方程。小麦秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的最大吸附量达12.82 mg g?1和9.91 mg g?1,为玉米秸秆吸附量的1.31 ~ 1.76倍和1.06 ~ 1.53倍。洗脱水溶性盐分可以降低生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附,水洗后小麦秸秆和玉米秸秆生物质炭对Cd2+的最大吸附量分别降低42.36%和60.13%,对Pb2+的最大吸附量分别降低29.47%和62.72%。水洗处理提高了两种秸秆生物质炭对Cd2+和Pb2+的解吸率,其中小麦秸秆生物质炭提高幅度较大,由原来对Cd2+的解吸率为1.84% ~ 13.05%提高到7.88% ~ 20.19%,对Pb2+的解吸率为1.57% ~ 11.82%提高到6.34% ~ 16.94%。因此,可溶性盐分在秸秆生物质炭吸附Cd2+和Pb2+的过程中具有重要作用,该研究结果将为制备高效修复重金属污染土壤的生物质材料提供技术支撑。     

铝改性秸秆生物质炭去除水体中的大肠杆菌

用一次平衡实验和柱淋溶实验研究了秸秆生物质炭和铝改性秸秆生物质炭对水中大肠杆菌的吸附量和去除率。结果表明,未改性秸秆生物质炭对大肠杆菌的吸附量很低,铝改性秸秆生物质炭对大肠杆菌有很高的吸附容量和去除率,0.6 mol/L Al(Ⅲ)改性生物质炭对大肠杆菌的去除效果优于0.3 mol/L Al(Ⅲ)改性生物质炭。当大肠杆菌浓度低于0.63 mg/ml时,铝改性大豆秸秆炭对大肠杆菌的去除率达100%,铝改性花生秸秆炭和铝改性稻草炭对大肠杆菌的去除率在96%和90%以上。0.5 mg/ml的大肠杆菌悬液通过装有2 g铝改性稻草炭的淋溶柱,每次收集10 ml淋出液,共收集152次,大部分淋出液中大肠杆菌浓度小于0.02 mg/ml,大肠杆菌去除率在95%以上。因此,铝改性生物质炭可用于水体中大肠杆菌的去除。     

添加生物质炭对红壤性水稻土Cd2+吸附解吸特性的影响

为探讨生物质炭对红壤性水稻土中镉(Cd)元素吸附解吸特性的影响,采用一次平衡法研究添加生物质炭后Cd2+在红壤性水稻土中的吸附动力学、等温吸附和解吸过程。结果表明:施用CK(0t/hm^2)、A10(10t/hm^2)、A20(20t/hm^2)、A30(30t/hm^2)和A40(40t/hm^2)生物质炭后,红壤性水稻土对Cd2+的吸附过程是以化学吸附为主、非均匀的多表面吸附。施用CK(0t/hm^2)、A10(10t/h2)、A20(20t/hm^2)、A30(30t/hm^2)和A40(40t/hm^2)生物质炭处理的最大吸附量和最大解吸量分别为2933~3346mg/kg和171~192mg/kg。添加生物质炭可以提高红壤性水稻土对Cd2+的吸附固持能力,同时增强土壤对外源Cd2+的缓冲能力。生物质炭添加量对红壤性水稻土的吸附解吸能力的改良效果具体表现为:A30>A40>A20>A10。高剂量的生物质炭处理使土壤吸附点位饱和,生物质炭吸附能力相对降低。因此,添加30t/hm^2生物质炭是一种有效预防和治理红壤性水稻土镉污染的措施。     

不同生物质炭的镉吸附特征及对云南土壤镉污染的调控效应

研究不同植物源生物质炭的性质，评价其对云南东川地区镉（Cd）污染应用效果。开展了稻秆炭（RBC）、麦秆炭（WBC）、玉米秆炭（MBC）、麻秆炭（HBC）、田菁炭（TBC）、花生壳炭（PBC）的Cd吸附特征研究和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析、X射线衍射（XRD ）分析；通过盆栽试验分析了上述生物质炭对东川Cd污染土壤的Cd赋存形态和油麦菜Cd吸收的影响。结果表明，Langmuir吸附等温线及准二级动力学曲线能较好模拟生物质炭对Cd的吸附， TBC饱和吸附量最大分别为37.1和27.9 mg?g-1；WBC、RBC、TBC解吸率较低，各浓度梯度下均不超过10%；FTIR分析表明田菁炭含有较多的含氧官能团；XRD分析表明各生物质炭元素种类存在差异。与不添加生物质炭处理（CK）比较，TBC处理土壤有效Cd降幅最大为24.3%，且达显著水平（P<0.05）；同时土壤Cd形态由酸溶态向稳定态转化。与CK相比， HBC处理油麦菜地上Cd含量降幅最大为26.4%，且达显著水平；WBC、HBC处理显著降低油麦菜体内Cd的转运系数，转运系数分别为0.662 0、0.692 8。聚合增强树分析（ABT）分析结果表明，土壤可溶性有机碳（DOC）与土壤pH是土壤有效Cd的主要影响因素，呈极显著负相关，贡献率分别为33.0%和21.9%。综上，供试各植物源生物质炭能降低东川Cd污染土壤中Cd的有效性，减少植物对Cd的吸收及转运，不同生物质炭间存在差异。综合材料性质及试验结果，TBC是东川地区修复Cd污染土壤的较优材料选择。     

不同热解温度茶渣生物质炭对茶园土壤吸附解吸NH4-N的影响

生物质炭对铵根的吸附解吸影响着土壤的固氮效果,为探讨茶渣生物质炭对茶园土吸附—解吸NH_4~+—N性能的影响,减少土壤中氮素的淋失,提高氮素利用效率,通过模拟培养试验,采用平衡吸附法及HCL解吸法,研究了不同热解温度下制备的茶渣生物质炭在不同添加比例(0.35%,0.70%,1.40%,2.80%)下,茶园土对NH_4~+—N吸附解吸的特性。结果表明:施用生物质炭能有效增强茶园土对NH_4~+—N的吸附,并随生物质炭添加量的增加而增强。同一生物质炭添加量下,4种生物质炭处理下茶园土对NH_4~+—N的吸附量大小表现为BC400BC300BC500BC600。生物质炭的CEC含量是影响土壤吸附NH_4~+—N能力的主要因素。土壤对NH_4~+—N的吸附过程均以Langmuir方程拟合达到显著水平(0.953 7R~20.995 5),以单层吸附为主。施用生物质炭后,土壤产生了解吸滞后,有效降低了茶园土对NH_4~+—N的解吸率,BC400的解吸率最低。茶渣生物质炭能够增强土壤对NH_4~+—N的吸附,降低对NH_4~+—N的解吸,有利于提高土壤对氮素的吸持能力,其中BC400,2.80%处理下效果最佳。     

不同电解质对牛粪生物质炭中腐殖酸吸附–解吸的影响

本文研究了NaCl、Na_2SO_4、Na_3PO_4 3种背景电解质对牛粪生物质炭中腐殖酸吸附和解吸的影响。结果表明:在这3种背景电解质作用下,牛粪生物质炭对腐殖酸的吸附量和吸附率随着加入液腐殖酸浓度的增加而增加,但是增加速度逐渐变缓。3种背景电解质相比,NaCl中牛粪生物质炭对腐殖酸的吸附量和吸附率均为最高,吸附量范围为0.13～6.10 mg/g,吸附率范围为25.40%～87.14%。随着加入液腐殖酸浓度的增加,吸附态腐殖酸的解吸量逐渐增加,解吸率逐渐减小。3种背景电解质相比,Na_2SO_4中牛粪生物质炭吸附的腐殖酸的解吸量最高,解吸量范围为0.15～0.78 mg/g。加入液腐殖酸浓度为140 mg/L,3种背景电解质中牛粪生物质炭吸附的腐殖酸的解吸量均达到最大值,解吸量的大小顺序为Na_2SO_4>Na_3PO_4>NaCl。Na_3PO_4对腐殖酸的解吸率影响最大,解吸率范围为17.24%～90.55%,NaCl对腐殖酸的解吸率影响最小,解吸率范围为8.22%～53.54%。用Langmuir拟合3种背景电解质中腐殖酸的等温吸附曲线和等温解吸曲线,其相关系数都达到显著水平。研究结果揭示了不同背景电解质对牛粪生物质炭吸附和解吸腐殖酸的影响,可为土壤保土保肥提供理论参考。     

果壳生物质炭的改性及其对DEP的吸附机理

为探究改性前后生物质炭的理化属性变化及其对邻苯二甲酸二乙酯(DEP)的吸附机理,以椰子壳和花生壳为原料制备生物质炭,分别进行14％H3 PO4改性和1.0 mol/L NaOH-30％H2 O2联合改性处理.结果表明:改性后生物质炭的芳香化程度和含氧官能团含量增加,除C300N(经NaOH-H2 O2改性的300℃—椰...     

秸秆还田对土壤Cd(Ⅱ)吸附-解吸的影响

[目的]探讨不同秸秆还田类型及还田水平(水稻、油菜秸秆全量、1/2量)对3种土壤类型﹝沈桥红壤(SQ)、朝山红壤(CS)、新桥水稻土(XQ)﹞Cd(Ⅱ)吸附-解吸行为的影响,为控制土壤中Cd(Ⅱ)环境行为及其调控提供依据。[方法]采用室内模拟培养试验和等温吸附相结合的方式。[结果](1)秸秆还田促进了土壤对Cd(Ⅱ)的吸附,在3种土壤的各处理间差异显著(p0.05)。在XQ上,秸秆还田处理提升Cd(Ⅱ)吸附量的效果较2种红壤显著,其中,油菜秸秆1/2量还田处理(RP1)、油菜秸秆全量还田处理(RP2)土壤Cd(Ⅱ)吸附量与对照相比分别增加了9.30%和10.47%。对SQ,CS而言,以Langmuir模型的拟合度最佳,相关系数均大于0.990 9,而在XQ中,适用于描述不规则表面吸附的Temkin方程的模拟效果较好。(2)3种土壤Cd(Ⅱ)的解吸量、解吸率都随着土壤中Cd(Ⅱ)吸附量的增加而增加,秸秆还田处理的土壤Cd(Ⅱ)的解吸量明显低于对照,尤其以油菜秸秆全量还田处理土壤Cd(Ⅱ)解吸量最小。[结论]秸秆还田对不同土壤Cd(Ⅱ)吸附-解吸行为的影响具有显著差异,油菜秸秆还田增强了土壤Cd(Ⅱ)专性吸附,较水稻秸秆有更好地降低Cd(Ⅱ)风险的效果。     

不同生物质炭对棕壤中磷素吸附解吸的影响

为了减少土壤磷素流失,提高磷肥利用效率,探究不同生物炭对棕壤中磷素吸附解吸行为的影响规律,以水稻秸秆、玉米秸秆和花生壳为原材料,利用限氧升温炭化法制备生物炭,通过批量吸附实验研究了生物炭种类和生物炭添加量对棕壤磷吸附解吸的影响。结果表明：水稻秸秆生物炭在添加量为0.4%时显著提高棕壤对磷的吸附量,花生壳生物炭和玉米秸秆生物炭则显著降低棕壤对磷的吸附量；等温吸附曲线表明,不同生物炭均未改变等温吸附曲线的变化趋势,均可用Langmuir方程和 Freundlich 方程进行描述(R²>0.93),其中 Langmuir 方程拟合效果更好,不同处理对磷的理论吸附量大小顺序为：水稻秸秆生物炭+棕壤>棕壤>花生壳生物炭+棕壤>玉米秸秆生物炭+棕壤；吸附动力学实验表明,不同生物炭均未改变磷吸附动力学曲线的变化趋势,在所有动力学模型中,准二级动力学模型最适合描述土壤对磷的吸附行为(R²>0.99),其次为准一级动力模型(R²>0.99)和Elovich动力学模型(R²>0.88)；三种生物炭均显著促进棕壤对磷的解吸,当生物炭添加量为≥0.2%时,水稻秸秆生物炭、玉米秸秆生物炭和花生壳生物炭,分别可提高棕壤对磷的解析率50%、70%和90%以上。由此可见,不同生物炭可提高棕壤对磷素的供应和利用,水稻秸秆生物炭在减少棕壤磷素流失、保护生态环境方面具有更大的应用价值。     

法国梧桐叶片炭和枝条炭对水中Pb2+的吸附特性影响

以法国梧桐叶片和枝条为原料在500℃下通过限氧裂解法制成生物质炭,进而采用批量吸附法探究了不同溶液初始pH、吸附时间、溶液初始Pb~(2+)浓度对生物质炭吸附效果的影响,并通过拟合吸附动力学曲线和吸附等温线方法初步研究吸附机理。结果表明,与法国梧桐枝条炭相比,叶片炭矿质元素组成相对较为复杂,官能团种类较丰富。2种生物质炭均在吸附时间为24 h时、初始pH为5时达到最大吸附量,叶片炭的最大吸附量比法国梧桐枝条炭高25.6%。2种生物质炭的动力学吸附过程均符合准二级动力学方程,表明吸附速率主要受化学因素控制;2种生物质炭的吸附等温线更符合Langmuir模型,吸附以单分子层为主,也存在层间扩散的多分子层吸附。综上所述,2种生物质炭均能较好地吸附水溶液中的Pb~(2+),叶片炭的吸附效果比枝条炭更明显,在实际生产中可以将法国梧桐修剪枝和落叶炭化后用于铅污染水体修复。     

镉污染水稻秸秆生物炭对土壤中镉稳定性的影响

中国农田土壤镉等重金属污染问题突出,对其生产过程中产生的镉污染水稻秸秆进行无害化和资源化利用研究具有重要意义。该研究通过连续提取试验、风险评价指数法、吸附动力学/热力学、土柱试验,以及X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱分析等手段,探究了不同热解温度下制备的镉污染水稻秸秆生物炭对土壤中Cd的稳定特性。研究结果表明,镉污染水稻秸秆热解制备的生物炭可有效吸附土壤镉。热解温度显著影响生物炭对Cd的吸附能力（P<0.05）,高温生物炭对Cd吸附容量大,700 ℃下制备的生物炭对Cd的吸附容量可达72.57 mg/g。生物炭对Cd的吸附主要通过含氧官能团表面络合和碳酸盐共沉淀吸附,其吸附过程符合Langmuir方程和准二级动力学模型,吸附过程受化学速率控制。土柱试验表明,镉污染水稻秸秆生物炭能有效降低土壤Cd的下渗迁移能力,其作用机制主要是将土壤Cd从酸可提取态转化为残渣态,施入高温生物炭的土壤中Cd的残渣态比例最高。上述结果表明,热解可有效处理镉污染水稻秸秆,制备的生物炭可用于Cd等重金属污染土壤的稳定修复,有效解决镉污染水稻秸秆的潜在二次污染问题并实现其安全利用。     

三种改性小麦秸秆生物炭表征及其对Cu2+的吸附性能

为研究改性生物炭在水溶液中对Cu2+的吸附性能,利用硅酸钠溶液、氯化镁溶液、过氧化氢溶液制备了3种不同改性小麦秸秆生物炭,通过使用扫描电镜-X射线能量色散光谱（scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS）和傅里叶红外光谱（Fourier infrared spectroscopy,FTIR）等技术对改性前后的生物炭进行表征分析,探究其表面形貌、官能团等性质变化。硅酸钠改性生物炭（sodium silicate modified biochar,SBC）的比表面积与孔容最大,分别为43.69 m2/g、5.30 cm3/g,比未改性生物炭（biochar,BC）（6.02 m2/g、1.40 cm3/g）分别增加了6.25、2.79倍。由SEM-EDS结果表明,改性生物炭均出现C元素质量分数下降、O元素质量分数增加的现象,其中,SBC的C元素和O元素质量分数变化最大,且SBC和氯化镁改性生物炭（magnesium chloride modified biochar,MBC）上负载了大量含Si和Mg的颗粒。FTIR结果表明,改性处理均能增强官能团的峰值,硅酸钠改性增强程度最大。另外,过氧化氢改性生物炭（hydrogen peroxide modified biochar,HBC）、BC、MBC 和SBC对Cu2+的吸附动力学过程更符合准一级动力学模型,BC、MBC、SBC对Cu2+的等温吸附过程更符合Langmuir模型,HBC对Cu2+的等温吸附过程更符合Freundlich模型。分析吸附模型参数可知,改性生物炭MBC、SBC和HBC中,SBC对Cu2+的吸附能力更强,其理论吸附量可以达到230.20 mg/g,该结果可为改性生物炭对Cu2+污染水体的治理提供理论依据。     

Specific sorption of trace amounts of cadmium by soils

Abstract

Sorption of trace quantities of Cd in four soils of different chemical and mineralogical properties, was studied. Initial Cd concentrations were between 15 to 150 μg. 1^?1. The sorption isotherms were linear and had a positive intercept in three of the soils, indicating a constant partition‐high affinity sorption isotherm (Giles et. al⁶). The data also followed the Freundlich sorption isotherm, and the Freundlich K parameter was taken as a measure of the relative affinity of the different soils for the Cd metal sorbed. Cadmium sorbed was extracted by IN‐NH₄C1 followed by 0.1N HC1, and the fraction remaining in the soils was considered specifically sorbed Cd. This fraction also followed a linear sorption isotherm, and was around 30% for the four soils studied. The sorption order for the amount of specifically sorbed Cd showed that the Boomer soil (kaolinite‐iron oxides) had the lowest affinity for specific sorption of this metal. This was taken as evidence that kaolinite and iron oxides have a lower capacity for retaining cadmium through specific sorption mechanism(s) than the materials present on the other soils (2:1 layer silicates and humic substances). The existence of specific mecha‐nism(s) responsible by the sorption of trace quantities of Cd in soil solutions has important implications on soil‐plant relationships, Cd mobility in soil profiles and control of Cd activity in soil solutions.     

Immobilization of heavy metals in soils amended by nanoparticulate zeolitic tuff: Sorption‐desorption of cadmium

Immobilization of Cd in contaminated soil is a technique to improve soil quality. Zeolites are potentially useful additives to bind heavy metals. This study examines the influence of decreasing the grain size of raw zeolitic tuff to the nano‐range on Cd sorption‐desorption isotherms in a sandy soil. The aim was to evaluate the feasibility of using nanoparticulate zeolitic tuff as a sequestering agent for Cd in soil. Sorption and desorption of Cd on zeolitic nanotuff was investigated in batch experiments. The sandy soil was amended with zeolitic nanotuff, synthetic Al oxide nanoparticles, or raw zeolitic tuff. After a 48 h sorption step, three desorption steps were induced using the sequential dilution method. The measured sorption‐desorption data were adequately described by the Freundlich equation. A nonlinear two‐stage one‐rate model matched well with measured Cd sorption‐desorption isotherms of zeolitic nanotuff, raw zeolitic tuff, Al oxide nanoparticle, and control soil. The batch experiments demonstrated the strong influence of pH on Cd sorption. Zeta‐potential measurements of zeolitic nanotuff indicated that electrostatic interaction was important for sorption. Soil amended with zeolitic nanotuff showed the lowest hysteresis index based on the differences obtained from sorption‐desorption isotherms regarding the amount of Cd sorbed. The index decreased with increasing metal concentration. For soil amended with nanoparticulate zeolitic tuff, the estimated Freundlich coefficient was 4 orders of magnitude higher than in the control soil and 2 orders of magnitude higher than the soil amended with raw zeolitic tuff. In addition, this sorbent decreased the amount of Cd released after three desorption steps by up to 12 and 7 times compared to the control soil and the soil amended with raw zeolitic tuff, respectively. The effect on Cd sorption of grinding the raw zeolitic tuff to the nanorange was considerably more pronounced than the effect of raw zeolitic tuff.     

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。     

温度及过筛方式对猪粪和稻秆炭理化特性和镉吸附的影响

该文以猪粪、水稻秸秆为原料,采用2种过筛处理(热解前、后过筛),于300~700℃下制备生物炭,通过电镜扫描(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,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,并优选出以修复土壤镉污染为目标的生物炭处理。结果表明:1)稻秆生物炭的镉吸附能力(最大吸附量为69.2 mg/g)显著高于猪粪生物炭(最大吸附量为36.4 mg/g)。制备温度为300℃时,前、后过筛处理的稻秆生物炭对镉的吸附能力分别为10.6和11.5 mg/g;制备温度为700℃时分别增加至61.4和69.2 mg/g。前后过筛方式对稻秆和猪粪生物炭镉吸附的影响规律不明显。2)生物炭的产率与灰分含量显著负相关,与H/C极显著正相关。3)前、后过筛处理的稻秆生物炭以及前过筛处理的猪粪生物炭的镉吸附能力均与产率和H/C呈显著负相关。后过筛处理猪粪生物炭的镉吸附能力与所有理化性质均不显著相关。     

油料作物秸秆生物炭对水体中铅离子的吸附特性与机制

为探索利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体中Pb~(2+)污染的可行性,以农业废弃物胡麻秸秆和油菜秸秆为原材料,采用限氧裂解法在700℃条件下制备油菜秸秆(rape straw)生物炭和胡麻秸秆(flax straw)生物炭,通过2种生物炭对Pb~(2+)的批量吸附试验,利用4种吸附动力学模型(拟一级动力学、拟二级动力学、Elovich模型和颗粒内扩散模型)和4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich、Temkin和D-R模型)研究了胡麻和油菜秸秆生物炭对Pb~(2+)的吸附行为。同时,通过(brunauer emmett teller,BET)比表面积和孔径分析、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的结构和性质进行了表征,初步探讨了2种生物炭对Pb~(2+)的吸附机制。结果表明,胡麻和油菜秸秆生物炭分别在4 h和10 h达到吸附平衡,理论最大吸附量分别达到220.07和307.59 mg/g;2种生物炭对Pb~(2+)的吸附符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,表明其吸附过程为单分子层吸附;2种生物炭对Pb~(2+)的吸附作用为物理-化学复合过程,吸附机制主要包括静电作用、离子/配体交换、阳离子–π作用。研究结果可为油料作物秸秆的资源化利用和生物炭对水中重金属污染防治提供理论依据。     

纳米SiO2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭的结构及除磷特性

将秸秆粉用氨基淀粉黏合剂均相包覆,并掺杂纳米二氧化硅(nano SiO_2),采用原位发泡、炭化处理技术制备成纳米SiO_2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭(掺杂纳米SiO_2秸秆多孔颗粒炭,nano SiO_2/AR-biochar)。通过透射电镜(transmission electron microscope,TEM)、热稳定性(thermogravimetry,TG)、扫描电镜-能谱扫描(scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer,SEM-EDS)、比表面积与孔分析(Brunauer,Emmett and Teller,BET)、氮气吸附和压缩测试等技术手段对nano SiO_2/AR-biochar的孔结构特征、比表面积、微观形貌及压应力进行系统表征,并研究了nano SiO_2/AR-biochar对磷酸根吸附过程等温线及动力学模型。结果表明,掺杂nano SiO_2/AR-biochar孔结构分布匀称、比表面积大幅改善;TEM和SEM发现,掺杂nano SiO_2秸秆多孔颗粒炭材料的表面可形成类似海绵絮状结构,为炭材料提供较高的吸附位点;掺杂nano SiO_2可显著提高炭材料的机械压缩性能,当掺杂量为秸秆粉质量的6%时,压缩强度由3.89 MPa增加到7.96 MPa,增幅达104.6%。由于纳米SiO_2的掺杂,nano SiO_2/AR-biochar具有了更强除磷效果,且吸附过程符合准二级动力学模型,在短时间内(5 min)其吸附率可高达18.42 mg/g,体现了该掺杂纳米二氧化硅秸秆多孔颗粒炭具有良好的除磷特性。     

Sorption and desorption of phosphate on biochar and biochar–soil mixtures

The term biochar refers to materials with diverse chemical, physical and physicochemical characteristics that have potential as a soil amendment. The purpose of this study was to investigate the P sorption/desorption properties of various slow biochars and one fast pyrolysis biochar and to determine how a fast pyrolysis biochar influences these properties in a degraded tropical soil. The fast pyrolysis biochar was a mixture of three separate biochars: sawdust, elephant grass and sugar cane leaves. Three other biochars were made by slow pyrolysis from three Amazonian tree species (Lacre, Ingá and Embaúba) at three temperatures of formation (400 °C, 500 °C, 600 °C). Inorganic P was added to develop sorption curves and then desorbed to develop desorption curves for all biochar situations. For the slow pyrolysis, the 600 ºC biochar had a reduced capacity to sorb P (4–10 times less) relative to those biochars formed at 400 °C and 500 °C. Conversely, biochar from Ingá desorbed the most P. The fast pyrolysis biochar, when mixed with degraded tropical mineral soil, decreased the soil's P sorption capacity by 55% presumably because of the high soluble, inorganic P prevalent in this biochar (909 mg P/kg of biochar). Phosphorus desorption from the fast pyrolysis biochar/soil mixture not only exhibited a common desorption curve but also buffered the soil solution at a value of ca. 0.2 mg/L. This study shows the diversity in P chemistry that can be expected when biochar is a soil amendment and suggests the potential to develop biochars with properties to meet specific objectives.     

微生物和生物炭联用对猪粪堆肥后重金属Pb和Cd的钝化效果

为探讨微生物和生物炭联用对畜禽粪便堆肥过程中重金属钝化效果的影响,该文研究生物炭(花生壳炭、木屑炭、玉米秸秆炭)与复合微生物菌剂联用对重金属Pb、Cd形态转化及钝化效果的影响。试验结果表明:9个处理高温期维持天数均达无害化卫生要求,生物炭添加比例对堆肥过程中温度变化影响显著。对Pb的钝化效果最优处理是24%花生壳生物炭和1%的菌剂(T9),可交换态分配率较堆前下降16.32%,钝化效率为74.60%。对Cd的钝化效果最优的处理是24%木屑炭和1.5%的菌剂(T3),交换态Cd与堆前相比下降7.96%,钝化效率为58.13%。统计分析结果表明,重金属Pb、Cd的钝化效果与堆肥过程中平均pH值呈显著正相关,重金属Pb的钝化效果与堆肥过程中温度平均值呈显著正相关,重金属Cd的钝化效果与有机质降解率呈显著正相关。