溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450℃和600℃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(Ⅵ)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(Ⅵ)的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr(Ⅵ)的吸附性能大小顺序为:玉米秸秆生物炭300℃生物炭450℃生物炭600℃;当溶液初始pH=1时,对Cr(Ⅵ)的吸附性能大小顺序为:生物炭300℃玉米秸秆生物炭450℃生物炭600℃,且生物炭300℃对Cr(Ⅵ)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(Ⅵ)的吸附。     

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。     

生物炭和秸秆对华北农田表层土壤矿质氮和pH值的影响

基于2014-2015年华北农田定位试验,设CK（单施氮磷钾肥）、C1（生物炭4.5t×hm^-2×a^-1+氮磷钾肥）、C2（生物炭9.0t×hm^-2×a^-1+氮磷钾肥）和SR（秸秆还田+氮磷钾肥）4个处理,对施用生物炭和秸秆还田对表层土壤矿质氮（NO₃^--N、NH₄⁺-N）含量以及土壤pH值的影响进行研究。结果表明,不同处理土壤矿质氮的动态变化趋势基本一致,施用生物炭和秸秆还田均可显著提高土壤NO₃^--N含量（P<0.05）,但对土壤NH₄⁺-N含量影响不大。与秸秆还田相比,高量施用生物炭有利于增加土壤NO₃^--N含量。各处理土壤中矿质氮主要以NO₃^--N为主,NH₄⁺-N含量均保持在一个较低水平。将冬小麦整个生育期内各处理土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量与夏玉米的相比,前者显著高于后者。在整个冬小麦-玉米轮作周期内,高量施用生物炭显著提高了土壤pH值,且各处理土壤NO₃^--N与土壤pH值呈显著负相关（P<0.05）,土壤NH₄⁺-N含量与土壤pH值相关性不显著;而各处理土壤NO₃^--N、NH₄⁺-N含量与土壤含水量均呈显著正相关（P<0.05）。可见,添加生物炭对减少氮素的转化和流失具有较大潜力。     

热解温度对玉米秸秆炭产率及理化特性的影响

【目的】通过对不同热解温度条件下玉米秸秆炭理化特性的分析,探索玉米秸秆炭具有较高利用价值的炭化温度。【方法】以玉米秸秆为原料,采用低氧升温炭化法,在不同热解温度下 (100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃) 分别炭化2 h,制备生物炭,收集并测定了固体产物生物炭产率及特性。【结果】生物炭的产率随热解温度的升高逐渐降低。生物炭全碳含量和碳氮比随热解温度升高而升高,全氮含量在400℃以后随热解温度升高而降低。阳离子交换量 (CEC) 在400℃～600℃达到较高水平,为70.87～83.48 cmol/kg。随热解温度升高,玉米秸秆炭表面碱性含氧官能团增加、酸性含氧官能团减少,pH随着热解温度的升高逐渐增加,当温度达到400℃及400℃以上时呈碱性甚至强碱性。红外光谱分析表明,热解温度达到500℃时,纤维素和半纤维素已经完全分解;高温热解使玉米秸秆中–CH₃、–CH₂、–OH、–C=O间发生缔合或消除,促进芳香基团的形成。随着热解温度的升高,玉米秸秆炭的比表面积和比孔容均是先变大后变小,孔径先变小后变大,在400℃～600℃条件下,玉米秸秆炭的孔隙相对较为丰富,不同热解温度下玉米秸秆炭的比表面积和比孔容呈极显著正相关关系(P < 0.01)。【结论】综合各项指标,玉米秸秆的最佳热解温度为400℃～500℃,此温度下制备的生物炭产出率相对较高,氮、碳养分损失少,生物炭的理化性能和养分利用均达到最优。     

玉米秸秆生物炭对Cd（Ⅱ）的吸附机理研究

以玉米秸秆为原料,在350℃和700℃热解温度下分别制备了两种生物炭（BC350和BC700）,并对其理化性质进行了表征。在700℃下制备的生物炭芳构化程度更高,疏水性更强,比表面积更大,孔结构发育更加完全。研究Cd（Ⅱ）在两种生物炭上的吸附发现,Two-site Langmuir吸附等温模型比One-site Langmuir吸附等温模型能更好描述Cd（Ⅱ）在生物炭表面的吸附。BC700对Cd（Ⅱ）的吸附容量大于BC350,解吸率远小于BC350,吸附效果更好;离子交换和阳离子-π作用两种吸附机理同时存在并共同作用,前者分别占BC350和BC700总吸附容量的13.7%和1.1%,后者分别占86.3%和98.9%,阳离子-π作用是最主要的吸附机理。红外光谱FTIR分析表明,生物炭表面的含氧官能团和π共轭芳香结构分别提供不同机理的吸附位点。由于具有更多的离子交换位点,BC350对Cd（Ⅱ）吸附受pH影响较BC700更大。     

水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

本文以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下生物炭的性质,并利用批处理实验,分析了生物炭添加量和热解温度对土壤磷吸附特性的影响。结果表明：随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。生物炭添加显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物炭热解温度的增加,土壤对磷的吸附量显著增加。Langmuir方程和Freundlich方程都能够较好地拟合生物炭对土壤磷的等温吸附。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述生物炭对土壤磷吸附动力学的行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤改良方面具有一定的应用潜力。     

玉米秸秆对Cr（VI）表观吸附过程的研究

玉米秸秆是一种重要的有机物料，它能通过表观吸附过程(包括物理吸附和化学反应过程)降低Cr(VI)污染。本试验采用间歇振荡法，初步研究了玉米秸秆对Cr(vi)的表观吸附动力学和等温线，并用吸附方程进行拟合。结果表明：玉米秸秆对Cr(vi)的表观吸附动力学以一级动力学方程为最优方程；表观吸附等温线可用Freundlich、Langmuir和Temkin方程描述，而以Freundlich方程的拟合效果最好；土壤或水体中的Cr(VI)含量越高，玉米秸秆的修复效果越差。     

不同温度玉米秸秆生物炭对萘的吸附动力学特征与机理

通过批平衡实验,研究不同剂量热解温度(300、400、500、600℃,记作C300、C400、C500、C600)玉米秸秆生物炭对萘的吸附动力学特征与机理。同一热解温度下生物炭投加剂量为10 mg时对萘的平衡吸附量大于50 mg。热解温度对生物炭吸附萘的影响也不同,投加剂量为10 mg时,萘的平衡吸附量为C400C300C600C500;剂量为50 mg时,C300、C400和C600的平衡吸附量相近,而C500的平衡吸附量最低。生物炭对萘的吸附动力学数据随时间的变化可以用假二级动力学方程很好地拟合,表明生物炭对萘的吸附是复杂的,并不是单一的单层吸附。用颗粒内扩散模型和Boyd模型分析,发现液膜扩散以及颗粒内扩散均影响吸附过程,且液膜扩散为限速因素。     

热裂解温度对生物质炭吸附解吸Cd~(2+)行为的影响

以玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳为原料分别在350℃、450℃、550℃、650℃热裂解温度下制备玉米秸秆炭(MSB)、水稻秸秆炭(RSB)和稻壳炭(RHB),比较不同热裂解温度下三种生物质炭对溶液中重金属离子Cd~(2+)的吸附解吸特性。利用准一级、准二级和颗粒内扩散模型对吸附过程进行拟合,结果表明三种生物质炭对Cd~(2+)的吸附满足颗粒内扩散方程。随着热裂解温度的升高,同一种原料制备的生物质炭达到吸附平衡的时间缩短。Langmuir方程和Freundlich方程拟合结果显示,三种生物质炭对溶液中Cd~(2+)的吸附更符合Langmuir方程。单位数量的RSB在一定浓度Cd~(2+)溶液中对Cd~(2+)的吸附量显著高于MSB和RHB。三种生物质炭对Cd~(2+)的吸附量随制备生物质炭的热裂解温度的升高而降低。三种生物质炭中玉米秸秆炭的解吸率最小。因此评价生物质炭对溶液中重金属的去除效果需要考虑原料、热裂解温度等多种因素的影响。     

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。     

玉米秸秆的催化微波裂解及生物油成分

近年来,生物质热化学裂解已引起了越来越广泛的兴趣。但常规的生物质热裂解技术（如流化床等）要求细小的生物质原材料,因此粉碎能耗大。而且裂解所得的生物油和合成气产物易受生物质粉末污染。微波裂解虽然能帮助解决这些问题,但目前的微波裂解所得的生物油成分和其他热裂解技术一样,仍然过于复杂,因此尽管生物质热解获取生物油的成本低于生物质发酵所获得的燃料,生物质热解技术也仍未在工业上得到推广应用。该研究旨在帮助解决这一难题。利用玉米秸秆颗粒为原料,采用了4%的硫酸或磷酸的预处理,或者采用氯化物等催化剂直接混入原料,然后利用微波进行催化裂解,并获得气态、固态和液态生物油3种产物。利用气质联用设备（GC-MS）,对所得到的液态产物（生物油,Bio-oil）进行成分分析。在大量的试验基础上,该文筛选出的酸预处理,MgCl2、ZnCl2、及AlCl3直接催化是可以使所得的生物油成分简化的实用技术。     

制炭温度对玉米和小麦生物质炭理化性质的影响

通过缓慢高温裂解方式生产不同温度的小麦和玉米生物质炭,并对其性质进行分析.结果显示,生物质炭性质受裂解温度和生物质种类的影响而表现出差异.当裂解温度从300℃升高到500℃时,小麦生物质炭产率从44.3％降低到38.4％,其生物质炭碳含量从617.9 g/kg升高到674.0 g/kg;玉米生物质炭产率从42.8％(300℃)降低到29.7％(500℃),其生物质炭碳含量从574.8 g/kg(300℃)升高到651.1 g/kg(500℃).生物质炭pH、灰分含量、全磷含量等也随制炭温度升高而升高,小麦生物质炭pH从7.59(300℃)上升到10.51(500℃),灰分含量从186.1 g/kg(300℃)升高到268.2 g/kg(500℃),全磷含量从0.70 g/kg(300℃)升高到1.10 g/kg(500℃);玉米生物质炭pH从9.35(300℃)升高到10.12(500℃),全磷含量从2.34 g/kg(300℃)升高到4.37 g/kg(500℃).说明制炭温度和生物质种类对生物质炭理化性质具有决定性作用.     

不同炭化温度下玉米秸秆和沙蒿生物炭的结构特征及化学特性

掌握不同生物炭材料的结构特征和化学特性是合理利用生物炭的基础。通过无氧炭化法制备了不同炭化温度下的玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭,对比了不同材料和不同炭化温度下生物炭性质的差异。结果表明:炭化温度低于400℃时,两种材料生物炭的孔隙结构保存完整,600℃以上时,两种材料生物炭的蜂窝状结构均遭到破坏,玉米秸秆生物炭被破坏得更严重;同一炭化温度下,玉米秸秆生物炭的比表面积及总孔容和平均孔径均大于沙蒿生物炭,两种生物炭的比表面积随炭化温度的升高均增大,总孔容呈"V"形变化;两种材料的生物炭均呈碱性,炭化温度越高,pH越大,400℃~800℃,每升高10℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的pH均以0.02的幅度增加,同一温度下,玉米秸秆生物炭的pH大于沙蒿生物炭,在400℃、600℃和800℃下分别比沙蒿生物炭高0.31、0.35和0.29单位;随炭化温度的升高,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的C、P、K和灰分含量增加,400℃~800℃,玉米秸秆生物炭的C、P、K含量以炭化温度每升高10℃分别增加2.94、0.11、0.20 g/kg的幅度变化,沙蒿生物炭也以4.35、0.07、0.24 g/kg的幅度增加,与此同时,玉米秸秆生物炭的N、H含量以每升高10℃分别以0.13 g/kg和0.86 g/kg的幅度降低,沙蒿生物炭的N、H含量分别以0.04 g/kg和0.82 g/kg的幅度下降,S含量无明显变化,C/N和C/H增大,且不同材料生物炭的元素含量差异显著;两种材料生物炭的N、P、K有效性随炭化温度的升高均下降,400℃~600℃,玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效N含量分别下降了57.89%和19.05%,800℃时两种生物炭的速效N均接近0 mg/kg,400℃~800℃玉米秸秆生物炭和沙蒿生物炭的速效P含量分别降低了67.41%和52.36%,此时速效K含量也分别降低了45.62%和90.16%。总之,不同材料和炭化温度对生物炭的物理特征和化学特性都有较大影响。     

温度对玉米秸秆成型颗粒烘焙制备生物炭及其特性的影响

采用低温烘焙技术制备玉米秸秆成型生物炭,可解决玉米秸秆带来的环境污染及资源浪费。研究以玉米秸秆成型颗粒为原料,利用固定床反应器,制备了不同烘焙温度(250～400℃)成型生物炭,采用元素分析、工业分析、能量产率、质量产率、机械性能、疏水性、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)、元素K含量等分析生物炭特性。随烘焙温度升高,热值增加,能量产率降低,400℃时,成型生物炭热值为21.86MJ/kg,能量产率为50.17%。成型生物炭颗粒表面裂纹增多,机械性能降低,350℃烘焙成型生物炭(CSP350)机械性能好于400℃烘焙成型生物炭(CSP400),低于成型生物质颗。烘焙生物炭疏水性提升,可贮藏于室外。成型玉米秸秆经烘焙热解发生了脱水、脱羰基、脱甲基反应,纤维素、半纤维素热解剧烈,木质素开始热解。随温度升高,其孔径呈下降趋势,比表面积增大。结果表明,玉米秸秆成型烘焙生物炭可作为优质生物燃料,适宜制备温度为300～350℃。     

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。     

裂解温度对食用菌菌渣制备生物炭产率及特性的影响

以食用菌菌渣为原料,在300、400、500、600、700℃5种不同温度条件下制备生物炭,测定生物炭灰分含量、pH值,以及将其应用于盆栽培养试验等,探究不同烧制温度对生物炭的特性及制备生物炭的影响.结果表明,产率:300℃>400℃>500℃>600℃>700℃;灰分含量及pH值皆为:300℃<400℃<500℃<6...     

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。     

玉米秸秆牺牲剂对TiO2/Pt/生物炭光催化水制氢性能的影响

采用光沉积法、水热合成法制备出TiO2/Pt/生物炭复合光催化剂,以玉米秸秆悬浮液作为牺牲剂,考察了不同质量分数玉米秸秆对光催化分解水制氢性能的影响.通过X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)、透射电子显微镜(Tran...     

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。     

生物炭和秸秆还田对干旱区玉米农田土壤温室气体通量的影响

为了研究生物炭及秸秆还田对干旱区玉米农田温室气体通量的影响,以内蒙古科尔沁地区玉米农田为试验对象,采用静态箱-气相色谱法对分别施入生物炭0 t·hm^-2（CK）、15 t·hm^-2（C15）、30 t·hm^-2（C30）、45 t·hm^-2（C45）及秸秆还田（SNPK）的土壤进行温室气体（CO₂、CH₄和N₂O）通量的原位观测,并估算生长季CH₄和N₂O的综合增温潜势（GWP）与排放强度（GHGI）。结果表明：添加生物炭能够显著减少土壤CO₂和N₂O的排放量,并促进土壤对CH₄的吸收作用。其中处理C15对CO₂的减排效果最好,与对照相比CO₂排放量降低21.16%。随着施入生物炭量的增加,生物炭对N₂O排放的抑制作用不断增强,处理C45对减排效果最好,与对照相比N₂O排放量降低86.25%。处理C15对土壤吸收CH₄的促进效果最好,CH₄吸收量增加56.62%;处理C45对CH₄的排放有促进作用,使生长季土壤吸收CH₄减少81.36%。SNPK对温室气体的减排作用接近处理C15。添加生物炭和秸秆还田对提高玉米产量和降低农田GWP与GHGI均有显著效果,施用生物炭及秸秆还田均有效提高了科尔沁地区的玉米产量,且玉米产量随着施入生物炭含量的增大而提升。从GWP上来看,施用15 t·hm^-2生物炭对温室气体减排的整体效果最好。从GHGI上来看,施用生物炭及秸秆还田均具有一定的经济效益和减排意义,其中施用15 t·hm^-2生物炭的综合效益最高。因此综合经济效益与环境因素,建议科尔沁地区农田在种植玉米时添加15 t·hm^-2生物炭,如不具备购买生物炭条件,可以考虑秸秆还田来实现玉米增产与温室气体减排。