生物炭吸附水体中重金属机理与工艺研究进展

生物炭因其良好的表面特性和孔隙结构,广泛的原料来源和广阔的产业化发展前景,已成为当今环境、农业和能源等领域的研究热点。针对生物炭对水体重金属的吸附研究,本文基于生物炭原料和制备工艺的多样性,综合分析了国内外生物炭重金属吸附机理的研究成果,详细阐述、分析了5种吸附作用机制(物理吸附、静电作用、离子交换、络合反应和化学沉淀)及其相关表征手段;同时评述了吸附工艺条件和重金属种类对生物炭吸附重金属的影响;指出生物炭重金属吸附领域未来的研究中,应开展针对重金属吸附的生物炭原料特性及吸附产物的多维、微纳尺度表征方法研究。     

竹炭陶的制备及其气体吸附和调湿性能

基于开发和利用生物质竹炭材料,以竹炭粉、凹凸棒、硅藻土等为原料,制备竹炭陶瓷复合材料,从而避免传统炭吸附材料易碎和粉尘污染的缺点。首先,将原料通过陶瓷造粒工艺制备成直径为2~5 mm的小球;然后,在N 2气氛中1250℃下烧结为竹炭陶小球,并对其结构和吸附性能进行了研究。XRD测试结果表明,竹炭陶瓷复合材料在烧结前后并未改变竹炭陶晶体结构。原料的SEM测试结果表明,竹炭粉在微观结构上存在1μm左右的大孔,其中硅藻土的微观形貌为多孔圆盘状结构,圆盘的直径分布在20~50μm,孔道直径在0.1~1.2μm;竹炭陶的SEM测试结果表明,断面结构疏松多孔,经过复合和烧结后,仍然保持了原有的孔道结构,保障了竹炭陶的吸附性能。BET法测试结果表明,竹炭陶的比表面积达到118.54 m^2/g。吸附性能测试表明,竹炭陶对水分吸附率达到22.0%,对甲醛、氨气及硫化氢等有害气体的吸附率分别达到87.7%,94.6%和96.3%。实验结果表明,竹炭陶具有良好的吸湿和气体吸附性能,是一种良好的空气净化材料,在室内环境和水处理等方面具有广阔的应用前景。     

Specific ion effect of H+ on variably charged soil colloid aggregation

Specific ion effects (Hofmeister effects) have recently attracted the attention of soil scientists, and it has been found that ionic non-classic polarization plays an important role in the specific ion effect in soil. However, this explanation cannot be applied to H⁺. The aim of this work was to characterize the specific ion effect of H⁺ on variably charged soil (yellow soil) colloid aggregation. The total average aggregation (TAA) rate, critical coagulation concentration (CCC), activation energy, and zeta potential were used to characterize and compare the specific ion effects of H⁺, K⁺, and Na⁺. Results showed that strong specific ion effects of H⁺, K⁺, and Na⁺ existed in variably charged soil colloid aggregation. The TAA rate, CCC, and activation energy were sensitive to H⁺, and the addition of a small amount of H⁺ changed the TAA rate, CCC, and activation energy markedly. The zeta potential results indicated that the specific ion effects of H⁺, K⁺, and Na⁺ on soil colloid aggregation were caused by the specific ion effects of H⁺, K⁺, and Na⁺ on the soil electric field strength. In addition, the origin of the specific ion effect for H⁺ was its chemical adsorption onto surfaces, while those for alkali cations were non-classic polarization. This study indicated that H⁺, which occurs naturally in variably charged soils, will dominate variably charged soil colloid aggregation.     

基于扩散理论的华北春玉米生理成熟后籽粒脱水过程分析

玉米机收籽粒可以显著提高玉米的生产效率,是玉米生产的发展方向。生理成熟后的籽粒含水率是决定机收质量的关键,受品种、密度和气候等多种因素影响。准确估算生理成熟后玉米籽粒含水率,进而分析其主要影响因素,最终确定玉米收获时间和筛选适宜机收的品种,对玉米主产区华北的春玉米籽粒机收发展具有重要意义。因此,于2017年和2018年在河北省泊头、南大港、玉田和山西榆次进行了两年田间春玉米试验,每年设置7个共性品种,每个品种3个密度,对生理成熟后籽粒含水率、品种性状、气象和管理要素进行了监测,并利用基于扩散理论考虑空气温湿度的脱水模型对籽粒含水率进行了模拟,进而计算脱水曲线下的面积(AUDDC),用以筛选脱水优异的玉米品种。结果表明,基于扩散理论的籽粒脱水模型对玉米生理成熟后籽粒含水率的模拟效果较好;年份、地点和品种对生理成熟时籽粒含水率(M_0)和水分扩散速率(k)具有显著影响,密度对脱水参数影响不显著。逐步线性回归分析得到灌浆期参考作物蒸发蒸腾量(ET_0)、最高气温和灌水量对M_0具有显著的正效应,生理成熟后30 d内ET0和灌浆中后期降雨对k具有显著的正效应,全生育期降雨对k具有显著的负效应。品种性状中对M_0影响最大的为苞叶层数(正效应),对k影响最大的为叶片数(负效应)。通过模型计算得到,生理成熟后10d华北地区春玉米籽粒含水率可以下降到28%,籽粒含水率下降到25%的概率为50%。由模型计算得到各品种生理成熟后10 d内的AUDDC,与AUDDC平均值比较发现‘京农科728’‘张1453’‘华农887’‘广德5’和‘金科玉3306’为脱水表现优异的品种。     

豌豆的生长潜能研究

应用一种较适于植物根域环境优化的技术即平台式水平放任栽培技术来进行豌豆的水气培,通过试验研究表明豌豆能在这种环境下表现出超常规发育的生长特性,如单株产量、总体生物量、有效生物转换率、枝蔓叶荚的形态等都发生了巨大变化,使生物量数十倍的提高,使植株发育表现出巨大化与树型化。可以利用该技术栽培出极具观光价值的豌豆树与其他种类繁多的蔬菜树。     

硫酸铝改良剂对苏打盐碱土磷素吸附特性的影响

通过模拟盆栽改良试验和吸附试验,研究了施用硫酸铝改良剂后对土壤中磷的吸附特性的影响。结果表明:各处理土壤磷的等温吸附曲线与Freundlich、Langmuir和Temkin方程都比较吻合,但与Langmuir方程的吻合程度最好,其相关程度达极显著水平。根据Langmuir方程,将C/x/m对C作图,发现在施磷条件下,得到的是具有1个折点的直线,表明随着磷平衡浓度的不同,土壤对磷的吸附存在着2个不同能量水平的吸附点位。硫酸铝的用量越多,吸附磷量也越高。因此,应控制改良剂的用量,以0.3%为最好。     

论诱导昆虫滞育的环境因素

昆虫滞育是在长期进化过程中昆虫对不利生活环境条件的不断适应以及环境对昆虫的选择造成的。文章论述了温度、光周期、湿度以及食料等主要环境因素对昆虫滞育诱导的影响,认为光周期和温度是诱导昆虫滞育最主要的因素;湿度主要通过改变昆虫对光周期和温度的刺激反应而影响滞育的诱导;食料作为昆虫的调节因子与光周期以及温度一起诱导昆虫的滞育,在温度和光周期都很少发生年变化的赤道地区,食料能够直接影响到昆虫的生长发育。     

广西和福建两省荔枝园土壤养分吸附特性

应用土壤养分状况系统研究法(ASI)对广西和福建两省荔枝主产区荔枝园土壤的养分吸附能力进行系统研究。结果显示:(1)广西贵港市土壤对P的吸附率平均为44.3%,K为43.6%,B为19.5%,Zn为18.7%,S为2.1%;玉林市P为50.0%,K为33.2%,B为32.1%,Zn为20.5%,S为6.1%;钦州市P为51.4%,K为22.2%,B为17.7%,Zn为22.5%,S为36.2%。可见,贵港市和玉林市土壤对养分的吸附能力大小均为P>K>B>Zn>S,而钦州市为P>S>Zn>K>B。(2)广西荔枝园土壤对P的吸附率平均为49.5%,K为30.2%,S为18.9%,B为22.6%,Zn为21.1%;而福建P为30.4%,K为23.4%,B为18.5%,S为15.6%,Zn为21.0%。可见,两省荔枝园土壤对磷的吸附均很强(两省荔枝园土壤均属铁铝土,而铁铝氧化物含量丰富),而对钾、硼、锌和硫的吸附能力均相对较弱。广西荔枝园土壤对P、K、S和B的吸附能力显著强于福建(由南向北,铁铝土的富铝化风化程度减弱),而对Zn的吸附能力相当。     

不同改性方法对沸石吸附对硝基苯酚能力的影响

利用酸改性、热活化、有机改性及联合改性等方法对沸石进行改性,制备了不同种类的改性沸石。通过紫外分光光度法对这些改性沸石吸附对硝基苯酚的能力进行检测,并用扫描电镜及X射线衍射对改性沸石的结构进行表征,着重比较改性过程中酸改性和灼烧改性实施顺序不同对沸石吸附能力的影响。结果表明,与500℃灼烧相比,900℃灼烧对沸石吸附能力的提高更为明显,但对沸石的结构有所破坏。酸改性可以去除沸石所携带的大量杂质,使孔道的连通性更好,从而使酸改性沸石对对硝基苯酚的吸附能力比灼烧改性沸石高。未经酸洗涤的沸石中所含杂质可能会在灼烧过程中对沸石的结构产生影响,先采用酸改性再结合热活化的方式对沸石进行改性比较合适。酸改性＋热活化（500℃）后再与有机改性结合,可以使改性沸石对对硝基苯酚吸附量大大增加。不同改性沸石的吸附能力依次为：有机改性沸石〉酸热联合改性沸石〉酸改性沸石〉灼烧（500℃）改性沸石〉天然沸石。     

不同pH条件下添加纳米型蒙脱土和高岭土对溶液中铜的去除效果研究

通过有机插层法对蒙脱土、高岭土进行改性,制备成纳米型蒙脱土、高岭土,并利用制备的纳米型高岭土、蒙脱土对溶液中铜的吸附效果及吸附机理进行了研究。结果表明,纳米型蒙脱土和高岭土对溶液中的铜具有很好的去除效果,其吸附等温线可以用Langmuir和Freundlich方程进行拟合。相比而言,蒙脱土比高岭土具有较高的吸附量和吸附亲和力参数。在溶液中铜离子浓度低于120 mg/L时,纳米型蒙脱土、高岭土对铜的最大去除率分别达到99.5%和94.3%,对溶液中铜的去除率随铜离子浓度增加和溶液的pH降低而降低。