微生物陈化可提升麦秆水热炭对Cd2+吸附性能

为提升水热炭对Cd~(2+)的吸附性能,使用麦秆水热炭,在厌氧发酵条件下对其进行微生物陈化改良,通过扫描电镜(SEM)、比表面积和孔分析(BET)、红外光谱分析(FTIR)、X射线光电子能谱分析(XPS)等现代技术手段对水热炭微生物改良前后的表面特性进行了系统表征,并通过吸附实验考察了微生物陈化过程对水热炭吸附Cd~(2+)的过程及机制。结果表明:随陈化时间的增加,水热炭的比表面积提升近5倍;pH由酸性逐渐接近中性;水热炭陈化后表面负电荷增多;O/C增加、H/C减少;表面C-C键强度降低,而含氧官能团相对强度增加。微生物陈化过程显著提升了水热炭对Cd~(2+)的吸附能力。微生物陈化水热炭对Cd~(2+)的吸附能力与体系pH值和温度呈正相关。微生物陈化水热炭对Cd~(2+)的吸附机制以化学吸附为主导,主要为单分子层均相吸附;官能团络合、表面静电作用、离子交换、π键配位作用对Cd~(2+)的吸附起到了重要作用。研究表明,微生物陈化处理可显著改变水热炭的孔隙结构并提升对Cd~(2+)的吸附性能。     

不同生物质原料水热生物炭特性的研究

以木屑、小麦秸秆和玉米秸秆为原料,采用水热法制备生物炭,研究不同生物质水热生物炭特性,分析了水热生物炭的产率、元素组成、表面特性、多环芳烃含量及表面官能团的变化。结果表明:以木屑为原料制备的水热生物炭产率最高(54.66%),C含量(52.59%)较水热小麦和玉米秸秆生物炭(分别为43.73%和43.93%)高,但O含量(41.56%)明显低于水热小麦和玉米秸秆生物炭(分别为49.94%和50.95%)。扫描电镜显示水热木屑生物炭表面光滑,孔状结构较多且排列整齐,水热小麦生物炭表面粗糙孔隙较少,而水热玉米生物炭孔隙结构不明显。傅里叶红外光谱分析显示原料经水热炭化后官能团种类差异不大,但相对含量发生了变化:水热小麦和玉米秸秆生物炭有机官能团含量相对增加,而无机矿物(如SiO2)含量略有减少;水热木屑生物炭有机官能团和无机矿物的含量均明显增加。采用气质联用仪(GC-MS)分析水热生物炭多环芳烃含量,结果表明三种水热生物炭总多环芳烃含量依次为水热小麦秸秆生物炭水热木屑生物炭水热玉米秸秆生物炭,并以菲和萘为主。     

炭化温度对牛粪生物炭结构性质的影响

以牛粪为原料,在不同炭化温度下(200、300、400、500、600、700 ℃)采用热裂解法制备生物炭,借助扫描电子显微镜、元素分析仪、比表面积分析仪,结合Boehm滴定法、碘吸附及亚甲蓝吸附等,对所制得的牛粪生物炭的形貌特征、元素组成、比表面积、孔径、表面官能团和吸附性能等进行分析。结果表明:随着炭化温度升高,产率和挥发分含量降低,灰分和固定碳含量升高,pH值增加,制得生物炭的形貌特征更有规则且孔隙更加紧密。适当的升高炭化温度有利于孔隙的形成及微孔数量的增多,比表面积和孔容逐渐变大,而孔径逐渐减小。随炭化温度升高,牛粪生物炭的C含量增加,而H、O含量减小,N含量先增加后减小,H/C、(O+N)/C和O/C均下降,说明制得生物炭的芳香性和结构稳定性增强,但极性和亲水性减弱。表面官能团中羧基含量随炭化温度升高先增加后降低,羰基含量持续增加,而内酯基、酚羟基含量、酸总量和表面含氧官能团总量逐渐降低。碘吸附值和亚甲基蓝吸附值随炭化温度升高先增加后减小,在600 ℃下吸附值最大。     

稻秸水热炭化的多轮沉积反应

以稻草为原料,通过FT-IR(傅里叶变换-红外光谱)、XRD(X射线衍射)、元素分析等研究225~300 ℃温度条件下稻草水热炭化过程。结果表明,40 min以内为稻秸主要的失重阶段,伴随可溶性化合物的大量溶出和半纤维素的破坏,炭产物中C含量升高,表面OH、C-O-C官能团的IR吸收峰强度在短时增加后逐渐降低。在随后的反应中,水热炭的产率、表面主要官能团IR吸收峰强度及O/C随着反应进程呈现周期性的起伏变化,说明稻秸水热炭化具有多轮沉积反应的特点,即在发生聚合、芳构化反应的同时通常会伴随新一轮水解、裂解反应的发生,产生足够的可溶性底物时,又诱发新一轮的聚合沉积反应。整个反应过程中,较高的反应温度有利于加快水热炭化进程,但会导致炭产物产率降低和表面含氧官能团不同程度的损失。     

基于猪粪水热炭化的生物炭性能及残液成分分析

为系统研究不同炭化温度条件下猪粪水热炭化规律,本研究以猪粪和发酵猪粪为供试材料,采用水热炭化工艺在系列温度条件下（180、240℃和300℃）制备生物炭,对其元素含量、热稳定性、孔隙结构、表面官能团等理化性质进行表征,并对水热炭化残液进行成分分析。结果表明,猪粪生物炭和发酵猪粪生物炭均具有发达的孔隙结构、丰富的表面官能团等优良特性,其H/C原子比和热失重率均随炭化温度升高而减小,表明热化学稳定性随炭化温度升高而增强。水热炭化残液的成分主要包括有机酸、醇、酯、醛、吡嗪、苯酚等物质,较高炭化温度条件下残液中化合物种类更丰富。与猪粪相比,发酵猪粪水热炭化残液的成分仍然以酚、烯、酮类物质为主,但呋喃、吡啶、吡嗪类毒性化合物消失。研究表明,发酵猪粪在300℃条件下水热炭化的残液用作液态肥料的安全性更高,在资源化利用方面更具优势。     

开心果壳基活性炭的制备及其吸附性能研究

本文以开心果壳为原料,采用化学活化法制备开心果壳基活性炭。将开心果壳450 ℃在管式炉炭化4 h,按照活化剂KOH和活性炭质量比1:1混合研磨,在800 ℃活化2 h制备活性炭。采用傅里叶变换红外光谱仪表征活性炭表面官能团,并探究了pH、起始浓度、温度及吸附时间对开心果壳基活性炭吸附亚甲基蓝的影响。结果表明,开心果壳基活性炭对亚甲基蓝的吸附效果良好, Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学方程能较好拟合吸附过程,开心果壳基活性炭对亚甲基蓝的吸附反应为吸热反应,自发进行。     

文冠果水热炭对苯酚的吸附性能研究

以文冠果加工剩余物为原料,根据湿法焙烧技术在室内制备了文冠果水热炭,探讨其对模拟废水中苯酚的吸附性能.利用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜、氮吸附比表面积及孔径测定仪等分析测试手段对水热炭进行了结构表征.通过正交试验与单因素试验分别考察了水热炭处理苯酚废水过程中苯酚废水初始质量浓度、吸附时间、文冠果水热炭投加量、pH等的影响显著程度与最佳吸附条件,并进行了吸附动力学与热力学研究.结果 表明,制备的文冠果水热炭表面含有丰富的含氧官能团,水热炭吸附苯酚过程中影响吸附效果的主次因素为吸附剂投加量＞苯酚废水初始质量浓度＞pH＞吸附时间,最佳的吸附条件为:温度25℃,pH=5,水热炭加量0.3g,吸附时间80min,苯酚废水初始质量浓度50mg/L;水热炭对苯酚的吸附动力学特征符合准二级动力学模型,其吸附过程主要受化学吸附机理控制;在25～45℃范围内,Freundlich模型可以较好地解释水热炭吸附苯酚的等温吸附过程;水热炭吸附苯酚是吸热过程,该过程可自发进行.该研究可为开发廉价高效的有机污染物吸附剂提供科学依据.     

微波加热硝酸氧化改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的吸附作用

通过研究四种改性生物质炭吸附重金属离子Pb(Ⅱ)和阳离子型染料亚甲基蓝的动力学效应、等温吸附效应、溶液初始pH效应和共吸附效应,探讨微波辅助加热在生物质炭氧化改性中的作用。结果表明,改性稻壳基生物质炭能够有效吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝,吸附容量显著高于初始生物质炭。Langmuir方程和Freundlich方程能很好地拟合改性稻壳基生物质炭吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的等温数据(R20.90)。改性生物质炭吸附Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的动力学研究显示,改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的吸附主要发生在前2 h内,吸附过程符合伪二级动力学模型。随着溶液中pH的增大,Pb(Ⅱ)的去除率迅速增加,并在pH6时达到最大,亚甲基蓝的去除率在实验pH范围内也随pH缓慢上升,在pH为8~9时达到最大并逐渐趋于平衡。Pb(Ⅱ)和亚甲基蓝的共吸附效应表明,随着摩尔比值[MB/Pb(Ⅱ)]的增大,亚甲基蓝抑制了改性稻壳基生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附。微波加热硝酸氧化改性显著提高600℃热裂解生物质炭对Pb(Ⅱ)的吸附性能和300℃热裂解生物质炭对亚甲基蓝的吸附性能。     

山核桃、苔藓和松针基生物质炭对亚甲基蓝及刚果红的吸附性能研究

在600 ℃和无氧条件下热裂解制备山核桃木、苔藓和松针三种生物质炭,用于研究三种生物质炭吸附阴离子型染料刚果红及阳离子型染料亚甲基蓝的pH效应、吸附等温线和吸附动力学效应。结果表明,碱性条件下三种生物质炭对亚甲基蓝表现出较好的吸附绩效,而酸性条件更利于三种生物质炭对刚果红的吸附。染料的初始浓度效应研究表明,生物质炭能有效吸附亚甲基蓝、刚果红,且吸附等温线能较好地符合Freundlich方程。三种生物质炭对刚果红吸附容量均比对亚甲基蓝吸附容量高。三种生物质炭对亚甲基蓝和刚果红的吸附主要发生在1 h内,然后缓慢增加,经6 h左右达到吸附平衡,吸附过程均符合伪二级动力学模型。颗粒内扩散模型拟合结果表明,颗粒内扩散阶段是限制吸附速率的主要阶段。     

一步水热合成ZnO/水热炭复合材料及其性能表征

为了利用林业剩余物水热炭作光催化剂载体,以(CH₃COO)₂Zn·2H₂O和氨水为起始物,以综纤维素基水热炭为基体,采用一步水热合成法制备ZnO/水热炭复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料的晶相结构、表观形貌等进行表征,并以亚甲基蓝为模型污染物测试了复合材料的光催化性能。研究结果表明:在实验条件下可以制备出ZnO/水热炭复合材料,材料中ZnO为六方纤锌矿结构,随水热炭添加量增加,ZnO尺寸有明显的减小,但当水热炭达到24.6%时,ZnO由一维取向的棒状转而呈现片状。光催化性能测试表明:ZnO/水热炭复合材料的光催化性能较纯ZnO有明显提高,其中水热炭为19.7%时,光催化性能最佳,降解效率达到83.1%。动力学分析表明:复合材料对亚甲基蓝的光催化降解过程符合一级动力学模型。      

农业秸秆制备活性炭及其性能研究

[目的]研究农业秸秆活性炭的最佳制备工艺及吸附性能。[方法]以秸秆为原料,在不同的操作条件下制备活性炭产品,并测定相应的活性炭产率及亚甲基蓝吸附值,分析研究了化学活化法制备秸秆活性炭工艺过程中的活化温度、活化时间、固液比、炭化时间等因素对活性炭的产率、亚甲基蓝吸附值的影响。[结果]用化学法制备秸秆活性炭的较佳工艺参数:以KOH/ZnCl2为活化剂,ZnCl2浓度为5 mol/L,KOH浓度为5 mol/L,KOH∶ZnCl2为1∶1,活化时间为1 h,固液比为1 g/4 ml,活化温度为20℃,热解温度为550℃,90℃为洗涤最佳温度。脱色率和亚基蓝吸附值均随活性炭投加时间的延长而增加。[结论]秸秆活性炭制备工艺经济、可行,具有广阔的应用前景。     

污水处理厂污泥制备活性炭的研究

[目的]研究影响污泥活性炭性能的因素。[方法]以污水处理厂未消化脱水污泥为原料,采用氯化锌炭化活化法制备了污泥活性炭,选取氯化锌浓度、活化温度、活化时间、液固比为影响因素,以碘值和亚甲基蓝作为评价指标,通过正交实验确定了活性炭的最佳制备条件;分析了各影响因素对活性炭性能的影响程度。[结果]若以碘吸附值作为评价指标,最佳水平组合为活化剂浓度3mol／L、活化温度450℃、活化时间30min、液固比为1．5：1,污泥活性炭碘值为358．68mg／g;若以亚甲基蓝吸附值作为评价指标,最佳水平组合为活化剂浓度4mol／L、活化温度550℃、活化时间90min、液固比为1．5：1,污泥活性炭亚甲基蓝吸附值为45．9mg／g。[结论]各影响因素对活性炭性能的影响为：活化温度〉活化时间〉活化剂浓度〉液固比。通过电镜分析活性炭孔结构,污泥活性炭以过渡孔为主。     

壳聚糖/活性炭复合吸附剂的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能研究

[目的]研究壳聚糖/活性炭复合吸附剂的制备及其对染料亚甲基蓝的吸附性能。[方法]将粉末活性炭(PAC)与交联壳聚糖(C-CTS)复配,制成一种复合吸附剂用于吸附染料亚甲基蓝,并进行了吸附过程的动力学和等温线研究。[结果]制备复合吸附剂的最佳条件:壳聚糖/活性炭的复配比为1∶3,交联剂戊二醛(50%)的加入量是5 ml/g(壳聚糖),温度是70℃,交联时间是2 h;壳聚糖/活性炭复合吸附剂对亚甲基蓝的最佳吸附条件为:吸附温度为50℃,吸附剂的投入量为0.5 g/100 ml(20 mg/L亚甲基蓝溶液),吸附时间为2 h。此时,亚甲基蓝的去除率可达97%以上,以NaOH对吸附剂再生的效果良好。对该吸附过程的动力学研究表明,该吸附过程符合二级动力学方程;吸附等温线研究表明,该吸附过程符合Freundlich模型。[结论]该研究可为含亚甲基蓝染料废水的处理提供参考,具有一定的现实与理论意义。     

农业废弃物棉杆活性炭的制备及其孔隙结构分析

[目的]研究棉杆活性炭制备的最佳试验条件及其孔隙结构特征。[方法]以农业废弃物棉杆为原料、ZnCl2为活化剂,马弗炉加热制备活性炭,用正交试验方法得出活性炭制备的最佳试验条件。同时,用扫描电镜对其结构进行观察。[结果]在活化剂浓度为50%、浸泡时间16 h、反应温度600℃、反应时间70 min的工艺条件下,可得产率13%、碘吸附值1 008.1 mg/g、亚甲基蓝吸附值489.6mg/g的活性炭,亚甲基蓝吸附值达到国家木质净水一级活性炭标准的3.62倍,并且棉杆活性炭具有丰富和发达的蜂窝状孔隙结构。[结论]该研究为拓宽活性炭生产的原料来源提供了一定的理论依据。     

悬铃果毛制备活性炭纤维及其在褪色上的应用

[目的]研究悬铃果毛制备活性炭纤维的最佳制备条件,及各因素对吸附效果的影响。[方法]以悬铃果毛纤维为材料,采用正交试验方法研究用活化剂浸泡后,经过预氧化、碳化、活化处理后制得活性炭纤维的性能,并研究pH、吸附剂量、温度等对吸附效果的影响。[结果]在活化剂(NH4)2HPO4溶液浓度为15%时浸泡10 h,在200℃下预氧化30 min,在N2保护下置于马弗炉中在800℃下炭化40 min,炭化的升温速率选择10℃/min,最后用饱和水蒸气进行活化,即得到性能良好的活性炭纤维。[结论]活性炭纤维对水体中甲基橙的吸附量为83.56 mg/g,各反应因素对吸附性能的影响程度为:活化方式>炭化时间>炭化温度>活化剂浓度。     

资源化利用鸭粪制备活性炭的研究

[目的]探讨鸭粪作为活性炭制备原料的资源化利用可行性.[方法]以鸭粪为原料,采用氢氧化钾为活化剂制备活性炭,以碘吸附值和亚甲基蓝吸附值为评价指标,研究鸭粪活性炭制备过程中固液比、活化剂浓度、活化时间、活化温度等因素对活性炭产率和吸附性能的影响.[结果]鸭粪活性炭最佳制备工艺条件：固液比为1∶2.5、KOH浓度为40％、活化时间为45 min、活化温度为800℃,其活性炭产率、碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别为32.3％、388 mg/g和53 ml/g.在最佳制备工艺条件下添加25％的锯木屑,能明显提高活性炭的吸附性能.[结论]该研究结果为鸭粪的资源化利用提供了一种新型环保的技术.     

碳化温度对2种畜禽粪便水热炭热重特性的影响

[目的]考察碳化温度对水热炭热解特性的影响。[方法]采用热重法对不同碳化温度下的猪粪和牛粪水热炭的热解特性及反应动力学进行研究。[结果]水热碳化温度达到180℃时,猪粪水热炭热解DTG曲线出现2个峰,特性参数也发生显著变化,且180℃的猪粪水热炭的热解残留率最低。猪粪水热炭热解反应活化能(E)和指前因子(A)均随水热碳化温度的升高而降低,牛粪水热炭热解特性参数和动力学方程中的E和A随碳化温度的增大而增大。[结论]该研究可为猪粪水热炭的制备条件化及应用提供科学依据。     

无患子活性炭的制备以及对苯酚吸附的研究

[目的]研究无患子活性炭制备的最佳工艺及其对苯酚的吸附。[方法]以H3PO4为活化剂制备无患子残渣活性炭,通过正交试验对制备工艺进行优化,探讨浸渍比、活化温度、活化时间对活性炭亚甲基蓝和碘吸附值的影响。利用N2吸脱附试验、SEM,对活性炭的结构与性能进行表征。选取了投炭量、苯酚溶液pH、苯酚初始浓度、吸附温度为单因素,探讨其对苯酚吸附的影响。[结果]浸渍比为1∶1、活化温度为500℃、活化时间为60 min时,制备的活性炭对亚基蓝的吸附值为82 mg/g、碘吸附值为773 mg/g、BET比表面为738m2/g、总孔容达0.669 2 cm3/g、平均孔径为3.625 7 nm。活性炭在中性条件下对苯酚吸附效果最佳;低温有利于吸附,但温度的影响不大。[结论]所制备的活性炭具有良好的苯酚吸附效果。     

稻草秸秆基活性炭对苯酚和亚甲基蓝的吸附性能研究

[目的]研究稻草秸秆基活性炭对苯酚和亚甲基蓝的吸附性能。[方法]选用（NH4）2HPO4为活化剂,利用农业废弃物——稻草秸秆为原料,通过化学活化法制得3种稻草秸秆基活性炭RN-1、RN-2和RN-3。通过N2吸附-脱附等温曲线和Boehm滴定法对其表面的物理和化学性质进行表征。[结果]结果表明,预氧化处理不仅会改变活性炭表面含氧基团的含量,也对其比表面积有影响。将活性炭应用于水中的亚甲基蓝和苯酚吸附,活性炭吸附苯酚和亚甲基蓝符合拟二级动力学方程。RN-3（187.7 mg/g）具有最大的苯酚吸附量,对亚甲基蓝的最大吸附量RN-3（166.35 mg/g）和RN-1（161.00 mg/g）相近。说明活性炭对亚甲基蓝的吸附受比表面积和含氧基团的共同影响,含氧基团量的升高不利于其对亚甲基蓝的吸附。[结论]该研究为稻草秸秆的合理利用提供科学依据,以达到以废制废的目的。     

甲醛改性花生壳对亚甲基蓝的吸附特性研究

［目的］为花生壳在染料工业废水处理中的应用提供理论指导。［方法］通过甲醛改性花生壳对亚甲基蓝的吸附试验,探讨振荡时间、初始浓度、pH值、温度等因素对吸附过程的影响。［结果］15 min内,甲醛改性花生壳对亚甲基蓝的吸附量随时间的延长而快速增加15 min后,吸附量随时间变化增加缓慢。35～55 min内,改性花生壳对亚甲基蓝的吸附量变化较小,55～75 min变化较大,95 min后,基本不再改变。pH值为1～3时,改性花生壳对亚甲基蓝的吸附量随pH值的增加而减小,pH值为3～5时吸附量达到最小值 pH值为5～8时,吸附量增加,pH值大于8时,其吸附量又减小。改性花生壳对亚甲基蓝的吸附过程符合Langmuir与Freundlich模型,其吸附平衡常数与最大吸附量随温度的升高而增大。［结论］该吸附过程为自发的吸热过程且符合二级动力学反应。