玉米秸秆生物炭对五氯苯酚吸附行为及吸附动力学研究

[目的]研究玉米秸秆生物炭对五氯苯酚的静态吸附特性。[方法]探讨吸附剂量、溶液p H、吸附时间等参数对吸附的影响,用Langmuir和Freundlich等温式研究吸附平衡过程。[结果]酸性条件有利于玉米秸秆生物炭吸附剂对五氯苯酚的吸附,吸附过程在30 min即可达到平衡,玉米秸秆生物炭对五氯苯酚的吸附更符合Freundlich等温式。吸附动力学研究表明,吸附过程更符合准二级动力学模型,吸附速率常数为0.015 9 g/(mg·min)。吸附过程是吸热的,升高温度有利于吸附。[结论]玉米秸秆生物炭可用于吸附五氯苯酚。     

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-锰氧化物复合材料吸附砷(Ⅲ)的性能研究

以生物炭为对照,采用吸附试验,考察了炭-锰复合材料和生物炭对砷(Ⅲ)的吸附性能,应用Langmuir、Freundlich方程和吸附动力学方程分析了其对砷(Ⅲ)的吸附特征,并结合不同时间、吸附剂加入量及p H条件下对砷的吸附效果来探讨其吸附性能。结果表明,生物炭与炭-锰复合材料对砷(Ⅲ)的吸附均较迅速,在30 min内对砷(Ⅲ)的吸附即可达到最大,且吸附过程较符合准二级动力学方程(R2>0.99)。利用粒子分散模型进行拟合,发现炭-锰复合材料和生物炭吸附过程符合多过程吸附模型,炭-锰复合材料对砷的吸附能力明显提高,最大吸附容量从11.41 mg·g-1(生物炭)增加到20.08 mg·g-1(炭-锰复合材料),其吸附机制可能是炭-锰复合材料中的锰氧化物增加了复合材料表面的吸附位点;p H在3~7的范围内对复合材料吸附砷的影响作用不大。实验结果表明,炭-锰复合材料是一种很有发展前景的功能吸附材料。     

生物炭和乙醇改性生物炭对铜的吸附研究

为研究生物炭和乙醇改性生物炭的特性及其对铜的吸附能力,选取小麦秸秆为原料,在300、450、600℃条件下热解制备生物炭,用于研究乙醇改性生物炭的产油率、生物炭和乙醇改性生物炭的表面官能团变化、亲水性能及其对Cu~(2+)的吸附特性。结果表明:乙醇改性生物炭产油率随热解温度升高而增加。生物炭和乙醇改性生物炭不同温度接触角范围为122.6°~89.3°和96.0°~68.7°,乙醇改性生物炭亲水性明显高于未经改性生物炭。生物炭和改性生物炭对Cu~(2+)的吸附符合二级动力学模型,生物炭吸附速率常数达1.535 g·mg~(-1)·h~(-1),乙醇改性生物炭为1.073 g·mg~(-1)·h~(-1)。二者对Cu~(2+)的等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,生物炭和乙醇改性生物炭最大吸附量分别为44.3 mg·g-1和41.7 mg·g-1,说明使用乙醇萃取生物炭生物质油后,仍能保持90%左右的Cu~(2+)吸附效率。     

高温秸秆生物炭对苯酚的吸附特性研究

为使农作物秸秆得到资源化利用,研究采用慢速热解技术于650℃条件下制备茄子秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭吸附剂,以去除废水中的苯酚。吸附实验结果表明,废水中苯酚的初始浓度、吸附温度和时间等因素均能影响生物炭对苯酚的吸附效果。两种秸秆生物炭对苯酚的吸附能力表现为玉米秸秆生物炭茄子秸秆生物炭。两种生物炭对苯酚的等温吸附线符合Langmuir模式和Freundlich模式。     

不同生物质来源生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附特性

以水稻秸秆、小麦秸秆、荔枝树枝为原料,在300、400、500、600℃下制备生物炭,并表征其理化性质,考察热解温度、初始p H、矿物组分等因素对生物炭吸附Pb(Ⅱ)的影响。结果表明,不同热解温度对水稻和小麦秸秆炭吸附Pb(Ⅱ)的影响很小,而荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附量随热解温度升高而显著增大。在p H3.0~6.0的范围内,三种生物炭对溶液中Pb(Ⅱ)的吸附量呈上升趋势;在25℃时,三种生物炭的等温吸附曲线符合Freundlich吸附模型,荔枝树枝生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附效果最佳。三种生物炭吸附Pb(Ⅱ)的主导机制可能是其与矿物组分的共沉淀作用,而荔枝树枝生物炭还可能存在Pb(Ⅱ)与-OH、-COOH之间的离子交换作用,C=C键中的π电子在吸附过程中也有一定的贡献。     

玉米生物炭和改性炭对土壤无机氮磷淋失影响的研究

利用玉米秸秆为原料制作生物炭,并用氯化铁进行改性,考察了改性前后生物炭对硝态氮和磷的吸附等温和吸附动力学过程,将生物炭和改性炭制作3 cm厚的物理隔离层,施入土柱50 cm处,通过淋溶实验,研究生物炭改性前后对土壤无机氮磷淋失的影响。结果表明,炭化温度为500℃时,铁炭比为0.7的生物炭和改性炭对氮磷的吸附能力最强。吸附动力学和等温吸附曲线分析表明:生物炭改性后对硝态氮和磷的吸附增大,生物炭和改性生物炭对硝态氮的最大吸附量分别为0 mg·g-1和2.414 mg·g-1、对磷的最大吸附量分别为1.723 mg·g-1和16.062 mg·g-1。与对照相比,生物炭处理和改性炭处理硝态氮的淋失量分别降低11.2%和31.6%,磷的淋失量分别显著降低33.1%和82.9%,氨氮的淋失量分别显著降低44.3%和68.6%。淋溶试验后对土壤残留养分分析表明,隔离层的添加并不会对0～50 cm土层内NO-3-N、NH+4-N和PO3-4-P含量产生明显影响,同时改性生物炭能有效减少NH+4-N和PO3-4-P向更深土层中迁移,表明土壤中添加改性生物炭能够有效降低土壤无机氮磷的淋失风险。     

玉米秸秆生物炭对Pb~(2+)、Cu~(2+)的吸附特征与机制

以玉米秸秆为原料,在350℃、低氧条件下热解制备生物炭,考察了吸附时间、重金属离子的初始浓度、溶液的初始p H值等因素对生物炭吸附Pb~(2+)、Cu~(2+)特征的影响。结果表明,准二级动力学方程能很好地反映低浓度条件下玉米秸秆生物炭对单一、复合污染溶液中Pb~(2+)、Cu~(2+)的吸附过程,玉米秸秆生物炭对单一、复合污染溶液中Pb~(2+)、Cu~(2+)的吸附以化学吸附为主。Langmuir模型能够更好地描述单一污染条件下玉米秸秆生物炭对Pb~(2+)的吸附行为,而对于单一污染条件下Cu~(2+)以及复合污染条件下Pb~(2+)、Cu~(2+)离子的等温吸附,Freundlich模型明显优于Langmuir模型。当溶液p H值从3上升到4时,玉米秸秆生物炭对单一污染条件下Pb~(2+)的去除率明显增加,当溶液的初始p H达到6时玉米秸秆生物炭对单一、复合污染条件下Pb~(2+)、Cu~(2+)离子去除率的增长趋势逐渐平缓。通过连续解吸试验发现,不同初始浓度下(0~400 mg/L)各种吸附方式对吸附总量的贡献率会不断变化,低浓度条件下以氢键吸附为主,随着初始浓度的上升,物理吸附的贡献率不断升高,取代了氢键吸附的主导地位。     

玉米秸秆改性生物炭对铜、铅离子的吸附特性

探究改性生物炭对重金属的吸附性能,为不同改性生物炭对铜、铅离子的有效去除提供理论依据。以玉米秸秆为原料,经500℃限氧热解制备生物炭(BC),再分别经KOH和聚乙烯亚胺(PEI)改性得到碱改性生物炭(KBC)和PEI改性生物炭(PBC),探讨3种生物炭对Cu~(2+)和Pb~(2+)的单一吸附效果及对复合体系中Cu~(2+)和Pb~(2+)的竞争吸附。3种生物炭对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附动力学均符合准二级动力学方程,改性后生物炭的吸附速率均高于BC;吸附等温线均符合Langmuir模型,最大吸附量表现为:PBCKBCBC。3种生物炭的饱和吸附量和吸附容量遵循Pb~(2+)Cu~(2+);通过竞争吸附试验发现,Pb~(2+)在3种生物炭上的竞争吸附能力均高于Cu~(2+)。结果表明:KBC和PBC对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附能力明显优于BC,有成为新型重金属吸附剂的潜力。     

玉米秸秆生物炭对磷酸三（2-氯异丙基）酯的吸附特性及机理

为探究生物炭对磷酸三(2-氯异丙基)酯(TCIPP)的吸附机理及pH、温度和吸附剂添加量对吸附效果的影响,以玉米秸秆为原料,经500℃限氧热解制备生物炭,通过元素分析、FTIR及XPS等方法分析了生物炭吸附前后表面官能团及元素的变化。结果表明,生物炭对TCIPP的吸附过程更符合准二级动力学(R²=0.964 1)和Temkin(R²=0.994 8)方程,吸附过程以化学吸附为主且存在分子间作用力;生物炭对TCIPP的吸附过程包括液膜扩散、表面吸附及颗粒内部扩散三个过程。pH值和吸附剂添加量对吸附效果的影响较大,而温度对吸附过程的影响较小。生物炭吸附前后的FTIR和XPS表明,生物炭表面的—OH、C=O及芳环上的C—H等官能团以π-π、配位作用参与了吸附过程。研究表明,生物炭对TCIPP的吸附受多个因素的影响,因此在使用生物炭去除污染物时要综合考虑其本身理化性质及外界环境因素的影响。     

棉花秸秆生物炭对重金属Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

以南疆农业废弃物棉花秸秆为原料,采用限氧控温裂解法制备不同温度(200、400和600℃)下的棉花秸秆生物质炭(CSBC200、CSBC400和CSBC600),研究棉花秸秆生物质炭对重金属Pb(Ⅱ)的吸附性能及影响因素,探讨pH、温度、初始浓度和吸附剂投加量对棉花秸秆生物炭吸附Pb(Ⅱ)的影响。研究结果表明:随着热解温度的升高生物炭的pH、比表面积及芳香性增强;不同热解温度制备的棉花秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的快速吸附过程发生在2 h内,吸附在10 h以后逐渐达到平衡状态,准二级动力学吸附模型能较好地描述棉花秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的动力学吸附过程;不同热解温度制备的棉花秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力不同CSBC600 CSBC400 CSBC200,且CSBC600远高于其他;CSBC400和CSBC600的吸附过程更符合Freundlich模型,吸附体系既有物理吸附又有化学吸附;棉花秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附最佳pH为5. 00,其饱和吸附量随着体系温度的升高而增加,吸附是自发进行的吸热过程,溶液体系温度升高更有利于吸附的进行。     

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。     

两种秸秆生物炭对Cd的吸附特征研究

为探究两种作物秸秆生物炭对废水中镉的吸附,利用系统的吸附试验,分析稻秸秆与麦秸秆在不同温度下热解制得的生物炭对废水中镉的吸附性能和作用机理.结果 显示,600℃热解得到的稻秸秆生物炭对镉的吸附效果最好,理论最大单层吸附量可达250mg·g-i,吸附动力学研究显示在60m in内可将溶液镉浓度由101.60mg·L-1降低至2.65 mg·L-1,去除率达到97.39％.600℃下制得的稻秸秆生物炭对镉污染废水的快速净化主要是通过生物炭表面的物理吸附和化学作用共同完成的.     

改性小麦秸秆生物炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

以小麦秸秆为原料,通过高温热解和硝酸改性得到小麦秸秆生物炭吸附材料,将其应用于水中重金属六价铬[Cr(Ⅵ)]的处理,研究改性时间、溶液初始pH值、投加量对吸附效果的影响,并采用Freundlich和Langmuir等温吸附方程对等温吸附过程进行拟合。扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)表征结果表明,采用硝酸改性后的小麦秸秆生物炭内部结构舒展,孔隙丰富,具有更大的吸附空间,更有利于材料对Cr(Ⅵ)的吸附作用。批量处理吸附试验结果表明,对于50 mL浓度为100 mg/L的含Cr(Ⅵ)废水,改性小麦秸秆生物炭的最佳吸附条件为pH值3、吸附剂用量0.6 g、吸附时间12 h。等温吸附试验结果表明,吸附过程更符合Freundlich模式,最大吸附量可达到41.938 mg/g。     

还原剂改性生物炭吸附亚甲基蓝的动力学

选用还原剂改性生物炭,以亚甲基蓝为目标污染物,试验研究还原剂改性生物炭吸附亚甲基蓝的动力学行为。结果表明,亚甲基蓝在小麦秸秆生物炭上的吸附速率快,亚甲基蓝的吸附去除大部分发生在反应的初始60 min内,准二级动力学、Elovich和双常数动力学模型能对试验数据进行较好的非线性拟合。吸附可能为化学吸附,并伴随有显著的扩散速率机制。当p H值为9时,还原剂改性小麦秸秆生物炭对亚甲基蓝的去除率最高。Na2SO3改性、Fe SO4改性小麦秸秆生物炭对亚甲基蓝的去除率分别达到79.92%、63.94%。     

玉米秸秆生物炭对暗棕壤性质和氮磷吸附特性的影响

玉米秸秆生物炭在增加土壤肥力、促进作物生长特别是在控制氮磷面源污染方面具有重要作用。以玉米秸秆为生物质材料,在450℃碳化温度下制备了玉米秸秆生物炭,并将玉米秸秆生物炭以不同比例与暗棕壤混合,玉米秸秆生物炭所占质量比分别为0,0.5%,1%,2%,培养30 d后进行土壤基本理化性质测定和对氮磷的模拟吸附试验。结果表明:添加玉米秸秆生物炭能够加深暗棕壤颜色,提高暗棕壤有机质、全氮、全磷以及有效氮、速效磷的含量。可用Lagergren准一级动力学方程拟合添加玉米秸秆生物炭暗棕壤对氮磷的吸附动力学过程;可用Langmuir方程拟合添加玉米秸秆生物炭暗棕壤对氮磷的吸附热力学过程。随着玉米秸秆生物炭添加量的增加,暗棕壤对氮磷的吸附速率常数增大,对氮磷的饱和吸附量增加,对氮磷的固定能力增强。     

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。     

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响

[目的]探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu~(2+)的影响。[方法]以玉米、水稻、芝麻3类秸秆为原料于400~700℃热解炭化制备生物炭,探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响,并评价生物炭对Cu~(2+)的吸附性能。[结果]生物炭的pH和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大,而产率却逐渐稳定,其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显;此外,生物炭对Cu~(2+)的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关,升高热解温度有利于提高生物炭对Cu~(2+)的吸附去除率,且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭,其中700℃下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对Cu~(2+)的去除率可达100%。[结论]该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。     

La改性羊粪生物炭吸附水体磷酸盐特性研究

为研发原料来源广泛和吸附性能高的磷酸盐吸附剂,在400、500、600℃和700℃高温热解法制备羊粪生物炭基础上,采用浸载法进行La改性,得到高效脱磷的La改性新材料。结果表明,500℃热解温度的La改性羊粪生物炭吸附性能最佳,Langmuir方程拟合的最大吸附量为56.35 mg·g^-1,达到或优于农林秸秆生物炭吸附水平。通过等温吸附方程和动力学方程推测吸附行为是单分子层的化学吸附。新材料在磷酸盐初始浓度小于100 mg·L^-1时,随浓度增加吸附量快速增大。即便溶液pH值在3~11较大范围内变动,新材料对磷酸盐去除能力仍然很高。通过表征分析表明材料吸附磷酸盐的机理主要为配体交换。本研究为羊粪的资源化利用提供了一种新方法,该方法制备工艺简单,获得的材料吸附量高达58.33 mg·g^-1,为同类生物炭材料的制备提供一定的参考。     

改性玉米秸秆吸附磷的动力学和热力学特征研究

为实现玉米秸秆的资源化,对玉米秸秆进行化学改性,制备成了一种阳离子型吸附剂,并对其吸附水溶液中的磷进行了研究。通过改变初始磷浓度、吸附时间、吸附温度等条件,研究了改性玉米秸秆对磷的吸附行为。结果表明:随着反应时间的延长,吸附量开始急剧上升,后缓慢减小至达到平衡,平衡吸附量随着磷初始浓度的增大而增大。在298 K的条件下,改性玉米秸秆对磷的吸附过程符合Langmuir等温吸附模式,最大吸附量为12.96 mg·g-1;吸附过程符合伪二级反应动力学模式,且受颗粒内扩散模式控制,吸附过程主要为化学吸附;吸附热力学参数ΔH和ΔG均小于0,表示该过程是一个可自发进行的放热反应。研究表明,改性玉米秸秆对水中的磷有很好的去除效果,是一种良好的磷吸附剂。