改性生物炭的制备及其在环境修复中的应用

生物炭具有较大的孔隙度和比表面积,吸附能力强,在环境污染修复、土壤改良和固碳方面应用广泛。由于高温热解过程会使生物炭官能团数量减少而降低其对某些特定污染物的吸附性能,同时,由于原始生物炭存在固液分离难的问题,通过改性生物炭提高其理化性质,并应用于环境修复受到了学术界和工业界的广泛关注。然而,目前针对改性生物炭的制备及其在土壤和水体修复中的应用综述较少。本文对近年来有关改性生物炭的文献进行了系统分析,总结生物炭的改性方法,简要阐述改性生物炭在环境(土壤和水体)污染修复中的应用,并深入探讨了磁性生物炭作为吸附剂和催化剂在水污染处理中的应用现状,最后对改性生物炭的研究方向提出了展望。     

基于生物炭性能提升技术的稻田重金属污染修复策略研究展望

通过对生物炭吸附重金属机理相关文献的综合分析,并借鉴生物炭在水体及土壤环境中对重金属吸附性能的提升途径,初步探讨了在修复稻田土壤重金属污染中提升生物炭吸附性能的策略。就生物炭的制备过程而言,宜选择秸秆类、木质类作为制备源,这样可以降低二次污染风险;较高的制备温度有利于实现污染钝化效果的稳定性,较低的热解速率则可构造生物炭良好的孔隙结构,有助于污染修复效果的提升。就生物炭的改性策略而言,官能团修饰方法不仅可以增加修复效果的稳定性,还可实现对特定重金属污染的专性修复;磁性加载方法可实现土壤与重金属分离,有助于污染彻底修复,但亦须考虑过高过低载Fe量存在增加植物富集重金属的风险;酸改性技术存在活化土壤重金属的风险,但可选择磷酸类等具备多角度改性功能的酸类,以保证修复效果。     

基于生物炭性能提升技术的稻田重金属 污染修复策略研究展望

通过对生物炭吸附重金属机理相关文献的综合分析,并借鉴生物炭在水体及土壤环境中对重金属吸附性能的提升途径,初步探讨了在修复稻田土壤重金属污染中提升生物炭吸附性能的策略。就生物炭的制备过程而言,宜选择秸秆类、木质类作为制备源,这样可以降低二次污染风险;较高的制备温度有利于实现污染钝化效果的稳定性,较低的热解速率则可构造生物炭良好的孔隙结构,有助于污染修复效果的提升。就生物炭的改性策略而言,官能团修饰方法不仅可以增加修复效果的稳定性,还可实现对特定重金属污染的专性修复;磁性加载方法可实现土壤与重金属分离,有助于污染彻底修复,但亦须考虑过高过低载Fe量存在增加植物富集重金属的风险;酸改性技术存在活化土壤重金属的风险,但可选择磷酸类等具备多角度改性功能的酸类,以保证修复效果。     

生物炭老化及其对重金属吸附的影响机制

生物炭具有丰富含氧官能团、多孔结构、阳离子交换量、芳香性结构等使其对重金属具有良好的固持作用,进而在重金属污染土壤修复中具有良好的应用前景。生物炭施入土壤中在与土壤接触过程中受物理、化学和生物作用而发生老化现象,致使生物炭特性发生改变。本文综述了原料来源、热解温度和老化方法对老化生物炭特性的影响,以及老化生物炭对重金属吸附的影响机制。老化作用对生物炭特性的改变主要体现在灰分、表面元素组成、含氧官能团、pH、形貌特征、孔隙结构及比表面积。老化生物炭表面含氧官能团、负电荷和CEC含量增加会促进其对重金属的吸附;而比表面积和pH的降低、酚羟基和芳香醚含量增加以及羧基数量减少则抑制其对重金属的吸附。     

生物炭老化及其对重金属吸附固定的影响研究进展

生物炭是生物质在限氧条件下通过高温热解得到的富碳固体,其丰富的含氧官能团、较大的比表面积、高度的芳香性结构等特性,使得生物炭对重金属具有很好的固定作用,因此,生物炭在重金属污染土壤的修复方面具有良好的前景。目前关于生物炭的研究大多集中在新制备的生物炭对重金属污染土壤的短期修复,但生物炭进入土壤后,随着时间的推移,会受到各种地球自然力的作用,逐渐发生老化,老化过程会对生物炭的物理化学性质和吸附性能产生不可忽视的影响。本文系统性地综述了国内外生物炭老化方法以及老化处理对生物炭理化性质、重金属吸附性能和生物有效性的影响等方面的研究进展,阐明当前生物炭老化研究现状,并对未来生物炭老化研究的发展方向提出建议,以期为重金属污染土壤的长期修复提供理论支撑。     

改性炭对重金属污染土壤修复应用研究进展

近年来,土壤重金属污染问题日益严峻,特别是受重金属污染的农业用地威胁着粮食安全,如何去除或者转化土壤中超标的重金属成为研究的热点问题,改性炭对土壤中重金属的修复受到广大学者的关注,其主要利用生物炭对重金属的吸附、固定和转化作用,降低重金属在土壤中的的流动性和毒害作用.综述了生物炭和改性炭的理化性质、对重金属污染土壤的修复机理以及改性炭对铬、镉、铅、砷、铜5种土壤重金属污染修复的效果,以期为生物炭和改性炭在重金属污染土壤中的修复提供理论依据.     

生物炭修复重金属污染土壤的研究进展

生物炭稳定材料有巨大修复潜力,由于其稳定性强、修复效率高、绿色环保等特点成为当前土壤重金属修复的一大研究热点。参阅国内外关于生物炭修复土壤各类重金属污染的文章,从生物炭的结构和基本特性、生物炭吸附重金属的机理、生物炭吸附重金属的影响因素、生物炭对重金属生物有效性的影响这4个方面进行阐述,并对生物炭在土壤重金属污染中的修复潜力与未来的研究方向进行了相关的展望。     

生物炭对土壤重金属污染修复研究

土壤污染是我国当前面临的一项严峻的土地利用、粮食安全和生态环境问题,重金属污染由于其稳定性强、不易迁移、难以降解以及含有毒性成分等特点,严重危害土壤系统和生态系统。生物炭由于其自身比表面积、孔隙率较大以及官能团丰富等特点,对土壤重金属污染修复具有显著的效果。研究了生物炭对土壤重金属修复机理,综述了不同生物炭及改性生物炭复合材料对土壤重金属修复和改良情况,并结合实际,提出了加强针对多种重金属污染的生物炭修复技术研究和加强修复土壤重金属污染之后的土地利用研究等展望及建议。     

生物炭对重金属污染土壤修复的研究进展

生物炭是在一定的温度、限氧(或隔氧)条件下通过热解生物质得到的产物,通过介绍生物炭的概念、制备方法、理化性质等方面来提出生物炭治理土壤重金属污染的方法。利用生物炭或将生物炭与其他材料结合,可以作为治理重金属污染的一条途径,如利用生物炭的吸附作用来修复污染的土壤,可以降低重金属离子的生物有效性,对降低植物体内重金属含量也有一定的效果。但是当前的研究和修复手段仍然存在不足,期望寻找到环保、科学、合理的材料和技术来修复土壤中的重金属污染。     

生物炭在土壤环境中的应用

生物炭具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构和丰富的表面官能团,是一种廉价易得、吸附性能良好的吸附材料,在土壤改良、增加碳汇、污染物质吸附等方面有着巨大的应用价值。该文主要介绍了生物炭的基本性质、改性方法以及其在土壤改良和土壤污染修复中的应用,分析了生物炭对土壤中有机污染物和重金属的吸附机制,为生物炭的大规模应用提供理论依据。     

生物质炭表面特性及其对土壤重金属污染的修复效应

近年来,生物质炭在农业废弃物的资源化利用、固碳减排、污染土壤修复和土壤改良等领域的应用受到了人们的广泛关注。生物质炭具有多孔性和较大的比表面积,吸附性和持水性好,它能通过提高土壤pH值来降低重金属生物有效性,通过阳离子的吸附作用降低重金属离子在土壤中的移动,还可通过改善或提高土壤肥力减弱重金属对作物的毒害作用,因此生物质炭对重金属污染土壤具有很好的修复效应。从比表面积、表面官能团、表面结构和表面性质等方面阐述了生物质炭的表面特性,总结了生物质炭对改变重金属元素化学形态、降低土壤重金属生物有效性、影响作物吸收重金属含量等修复效应和其他方面如减少温室效应等作用。     

生物炭老化对土壤重金属的固定效应研究进展

生物炭作为一种环境友好、稳定性强的钝化材料,因其巨大的比表面积、丰富的含氧官能团等特点成为目前修复重金属污染土壤的有效材料.然而,生物炭(改性)对重金属的固定能力及效应除受本身特性影响外,还受到材料老化过程及环境条件等因素的影响,导致生物炭(改性)固定土壤重金属的稳定性、持久性发生变化,从而使得生物炭材料的钝化性能受到影响.本文重点综述了当前生物炭(改性)及其老化产物对土壤重金属固定效应的相关进展,分析了生物炭及其老化产物固定重金属的相关机制及影响因素,并对生物炭及其老化过程可能带来的土壤重金属固定长效性影响,以及今后以此为基础的钝化技术的研发趋势进行了展望,以期为利用生物炭钝化修复重金属污染土壤及相关辅助技术研发提供支撑.     

生物质炭对土壤重金属污染修复作用的研究进展

土壤重金属污染危害大、隐蔽性强、治理难度大和修复时间长,与农产品安全问题存在密切联系,严重影响人体健康;生物质炭具有孔隙度丰富、比表面积大的特点,可提高土壤的物理、化学和生物特性,已广泛应用于土壤重金属污染的修复。为同类研究及生物质炭在土壤重金属污染修复上的应用提供参考,介绍了生物质炭的表面结构特征,从吸附沉淀、迁移能力、改变化学形态及生物有效性和降低作物吸收量等方面概述了生物质炭对土壤重金属污染修复作用的研究进展,并展望了未来的研究方向。     

生物炭的土壤环境效应及其重金属修复应用的研究进展

生物炭独特的理化性质使其具有较高的稳定性及一定的吸附能力和阳离子交换能力（CEC）,同时还兼有使用成本低、技术原理简单、环境友好性突出等特点,不仅可解决土壤污染问题,还可以为农村过剩生物质处理提供解决途径,近年来生物炭在土壤污染修复治理方面的应用研究倍受关注。概述了生物炭的理化特性以及环境特性,着重介绍了生物炭在提高土壤 CEC、提升土壤 pH 值、增加土壤有机质（SOM）含量、提高微生物活性等方面的环境效应与土壤重金属迁移性之间的关系;对今后生物炭对土壤重金属迁移性及生物有效性的影响研究进行了展望,提出在进一步研究中,不仅要对不同生物质原材料、制备条件下的生物炭进行对比研究,还要根据土壤重金属污染的具体情况（土壤自身理化条件、重金属种类、含量、形态）,结合测土施肥的基本原理,对生物炭的土壤重金属修复能力进行长期、系统的研究。     

复合改性生物炭的吸附特性及其对轻中度镉污染农田土壤的钝化效应

农田土壤中的镉污染会导致作物中的镉过量累积,而作物中的镉会通过食物链传递给人,从而严重威胁人体健康,因此迫切需要采取合理的应对措施。本研究旨在将不同材料[氢氧化钾(K)、凹凸棒土(A)、钙镁磷肥(M)和聚丙烯酰胺(P)]与生物炭混合后进行球磨改性(Q)处理,通过吸附平衡试验、盆栽试验研究改性生物炭对镉的吸附特性及其对镉污染土壤的钝化效果。结果表明,与未改性生物炭(YC)相比,改性生物炭具有更丰富的官能团和矿物元素,对镉的吸附动力学曲线符合准二级动力学方程,吸附方式主要表现为单分子层吸附。pH值、温度的升高可以提高生物炭对镉离子的吸附能力。在土壤中添加生物炭可以显著提高土壤的pH值和养分含量,并且降低土壤有效镉含量,其中添加氢氧化钾+凹凸棒土+钙镁磷肥+聚丙烯酰胺球磨改性的生物炭(QKAMP)和添加氢氧化钾+凹凸棒土+聚丙烯酰胺球磨改性的生物炭(QKAM)分别可使土壤有效镉含量较对照(CK)显著降低25.5%、23.4%(P<0.05)。与添加未改性生物炭(YC)的处理相比,添加QKAMP、QKAM处理的土壤中有效镉含量分别显著降低了16.84%、14.57%(P<0.05)...     

金属氧化物改性生物炭对镉污染土壤菠菜生长和镉积累的影响

对重金属具有良好吸附能力的金属氧化物改性生物炭材料是近年来热门的土壤修复材料,然而关于不同金属氧化物改性生物炭对土壤中Cd钝化的研究较少。本研究采用Cd污染农田土壤开展菠菜盆栽试验,研究了铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭对菠菜生长和Cd积累的影响。结果表明：在施用量均为5 g·kg^-1的条件下,金属氧化物改性生物炭处理可显著提高土壤pH和有机质含量。与对照相比,铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭使土壤DTPA-Cd含量分别降低了23.4%、24.8%和37.1%,生物富集系数降低了4.00%、13.3%和65.0%。此外,水滑石改性生物炭使植株干质量增加4.27倍,显著降低了Cd积累量（59.5%）。金属氧化物改性生物炭能提高土壤pH,增加土壤有机质含量,降低土壤Cd的有效性和移动性,提高土壤质量,进而促进菠菜的生长和抑制菠菜对Cd的积累。研究表明,水滑石改性生物炭在促进菠菜生长和钝化土壤Cd方面具有较大优势。     

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。     

生物炭去除土壤中重金属效果主要影响因素的研究进展

我国土壤重金属污染严重,生物炭因其特殊的理化性质逐渐成为研究的热点。本文介绍了生物炭的基本特性,综述了影响生物炭修复效果的主要因素,如生物炭种类、制备温度、改性方法、添加量及配合施用材料等。最后,对今后生物炭在土壤重金属修复工作的研究方向进行了展望。     

生物炭对噻虫胺在土壤中吸附和降解的影响

为探究由不同热解温度和原材料制备的生物炭对噻虫胺在黑土中吸附和降解的影响,以玉米秸秆和猪粪为原材料,分别在300、500℃和700℃下限氧热解制备了六种生物炭,并将其添加到黑土中,研究生物炭对土壤理化性质与噻虫胺在土壤中吸附-降解的影响。结果表明:添加生物炭可显著提高土壤的pH、有效态磷和有机碳含量,降低土壤的H/C。噻虫胺在土壤及生物炭-土壤混合体系中的吸附过程符合Freundlich模型。添加生物炭显著提高了土壤对噻虫胺的吸附,且吸附量随生物炭热解温度的升高而增大。不同热解温度的生物炭对噻虫胺在土壤中降解的影响不同。高温生物炭-土壤混合体系的强吸附能力降低了噻虫胺被微生物降解的速率,但噻虫胺在低温生物炭-土壤混合体系中具有相对较高的微生物降解速率。因此,在利用生物炭修复农药污染土壤时应该充分考虑生物炭的类型和性质。     

生物炭固定化微生物修复污染土壤研究进展

生物炭固定化微生物技术具有高效、成本低和环境友好性的优点,在土壤修复中展现出巨大的应用潜力,成为目前的研究热点。本文在系统总结国内外生物炭固定化微生物技术修复污染土壤的最新研究进展基础上,重点分析了生物炭作为载体的适宜性,探讨了微生物筛选的重要性,对比分析了固定化方法（如吸附法、包埋法、交联法和共价结合法等）,探究了不同环境因素对生物炭固定化微生物技术修复污染土壤效果的影响,揭示了生物炭与微生物修复重金属和有机污染土壤过程中多种作用机制的协同效应,既包括生物炭作为固定化载体对微生物的保护及快速定殖作用,也包括生物炭对污染物的吸附作用,还包括微生物对污染物的降解作用。最后,对该技术在土壤污染修复中的应用提出了展望和建议。