不同热解温度污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪(EDS)、环境扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb~(2+)、Cd~(2+)浓度下污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb~(2+)的吸附量最大,而Cd~(2+)在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附量为RC500RC400RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb~(2+)(14.39 mg·g~(-1))Cd~(2+)(1.45 mg·g~(-1)),污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

不同热解温度下污泥基生物炭的性质及对Cd~(2+)的吸附特性

以市政污泥为原料,在300、500和700℃无氧气氛下热解制备污泥基生物炭,探讨不同热解温度对污泥基生物炭性质的影响,研究污泥基生物炭对水溶液中重金属Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,随着热解温度升高,污泥基生物炭的产率降低,pH值增大,碳、氢、氧和氮含量降低,芳香化程度增强,亲水性和极性降低,稳定性增强;随热解温度的升高,比表面积不断增大,生物炭表面变得粗糙并且出现明显的孔隙,但平均孔径呈现先增大后减小。在700℃下制备的污泥基生物炭对水溶液中Cd~(2+)的吸附效果优于其他制备温度下获得的生物炭,温度为298.15 K时,最大吸附容量为27.47 mg·g~(-1)。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程模型,吸附速率主要由化学吸附控制。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附表现为快速吸附过程,生物炭前10 min的吸附量超过饱和吸附量的80%。Langmuir吸附等温模型能很好的描述污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附行为,吸附容量随热解温度升高而增大。     

成型秸秆炭吸附剂对水中Cd~(2+)的去除特性

以水稻秸秆为原料,制取对Cd~(2+)去除效果最佳的成型生物炭吸附剂。采取限氧升温方法,分析不同热解温度和不同热解时间的成型炭对Cd~(2+)去除规律和特性。研究结果表明:热解温度不变,热解时间90 min去除率最大;热解时间不变,热解温度550℃时去除率最大;去除速率分快、慢两阶段,快阶段2 h内去除率最低达到76.83%,慢阶段10 h去除率仅20%左右;该成型炭对Cd~(2+)吸附规律可用准二级动力模型进行拟合,拟合度R_(max)~2=0.987 2,该成型炭对Cd~(2+)吸附不是单层吸附过程,而存在大量的阳离子交换量,化学反应较强烈。     

生物炭固定化解磷菌对Pb2+的吸附特性

以小麦秸秆和活性污泥为原料,在3种温度下热解制备生物炭,使用傅立叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对其结构和性能进行表征,探究了以不同生物炭为载体,以解磷菌为固定化菌株制备的固定化微生物对Pb~(2+)的吸附能力,同时研究了吸附时间和热解温度对固定化微生物吸附Pb~(2+)的影响。结果表明:小麦秸秆生物炭较活性污泥生物炭的表面官能团更为丰富,且小麦秸秆生物炭的芳香化程度随热解温度升高而增加;随着热解温度的升高,小麦秸秆生物炭的微孔逐渐发展,孔壁变薄,孔隙结构更为发达;以700℃热解的小麦秸秆生物炭为载体制备的固定化微生物(IBWS700)对Pb~(2+)的吸附量最高,对Pb~(2+)的吸附量可达89.39mg/g;IBWS700对Pb~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程;IBWS700对Pb~(2+)的吸附可以用Langmuir模型较好地拟合。     

生物炭对水中Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附特征

选取花生壳和玉米秸秆为原材料,在不同温度下制备生物炭,与市售的银杉木炭一起作为吸附剂探究其对水溶液中Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附能力和特性。用FTIR和扫描电镜表征生物炭表面性质。实验考察了吸附时间、溶液初始pH、初始浓度对吸附的影响。结果表明,在室温25℃和pH 5.0条件下,生物炭对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量随时间的增加而增大,在24 h后基本达到平衡,并且生物炭对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附动力学符合准二级动力学方程;溶液初始pH显著影响生物炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附,其中对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的最佳吸附pH分别为5.0和6.0;花生壳生物炭和玉米秸秆生物炭对Pb(Ⅱ)的等温吸附符合Langmuir模型和Freundlich模型,而对Zn(Ⅱ)的等温吸附Freundlich模型拟合效果更佳;银杉木炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的等温吸附更适用于Langmuir模型。另外,随着生物炭制备时热解温度的升高,生物炭对Pb(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附量增加,且各生物炭对Pb(Ⅱ)的最大吸附量远大于其对Zn(Ⅱ)的最大吸附量。不同生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力有明显差异,表现为:花生壳生物炭玉米秸秆炭银杉木炭,而对Zn(Ⅱ)的吸附力差异不明显。     

腐殖酸对生物炭吸附四环素的影响

以猪粪为原料,分别在300℃和700℃条件下制备猪粪生物炭(以下简称生物炭)。采用静态吸附实验,研究生物炭对四环素的吸附性能以及腐殖酸对生物炭吸附四环素的影响。结果表明:生物炭对四环素的吸附过程符合准二级动力学方程(R~20.99)。Langmuir和Freundlich方程都能很好地描述等温吸附过程(R~20.96)。最大吸附量随着热解温度的升高而增加,700℃条件下制备的生物炭吸附量最大,达到7.96mg/g。溶液pH影响吸附过程,pH为3.5~7.5时,生物炭对四环素的平衡吸附量较大。腐殖酸能缩短吸附平衡时间,使其由36.0h提前至18.0h。随着溶液中腐殖酸浓度的增加,300℃条件下制备的生物炭对四环素的平衡吸附量表现出增加的趋势,而700℃条件下制备的生物炭对四环素的平衡吸附量表现出减少的趋势。     

紫外辐照改性生物炭对土壤中Cd的稳定化效果

以废椰子壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照改性生物炭,探究改性生物炭对土壤中Cd的钝化效果。通过改性生物炭对溶液中Cd~(2+)的等温吸附实验表明,经过16 h辐照后的生物炭吸附效果最好,对溶液中Cd~(2+)的吸附量可达67.46 mg·kg~(-1)。通过添加不同生物炭含量(0、1%、3%、5%和10%)对土壤中Cd的修复实验发现,生物炭的添加可以提高酸性土壤的pH值,但经紫外辐照改性后的生物炭对pH值改变能力不如未改性生物炭。此外,生物炭的添加可使土壤中弱酸提取态和可还原态Cd向可氧化态转化,紫外辐照改性可显著提高这一能力。改性生物炭对土壤中Cd的钝化与表面含氧官能团有关。     

CaCl_2改性生物炭的制备及其对Pb~(2+)的吸附作用

以柳木屑和花生壳为原料,采用预浸渍—热解法制备原始柳木屑生物炭(FMC)、原始花生壳生物炭(PSC)、CaCl_2改性的柳木屑生物炭(Ca-FMC)和CaCl_2改性的花生壳生物炭(Ca-PSC)。在对生物炭的结构和组成进行表征的基础上,研究了CaCl_2改性和pH对生物炭吸附Pb~(2+)的影响,并研究了Ca-FMC和Ca-PSC吸附Pb~(2+)的吸附等温模型和动力学过程。结果表明,CaCl_2改性可显著提高原始生物炭对Pb~(2+)的吸附能力。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温模型,饱和吸附量可分别达到54.32、32.80mg/g。Ca-FMC和Ca-PSC对Pb~(2+)的吸附动力学过程遵循准二级动力学方程,准二级动力学速率常数分别为0.01、0.03g/(mg·h)。     

棉花秸秆黑炭对Cd~(2+)的吸附特性研究

以棉花秸秆黑炭(以下简称黑炭)为吸附剂,通过吸附动力学、吸附热力学以及等温吸附实验研究了黑炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,Cd~(2+)在黑炭上的吸附动力学更加符合准二级动力学方程,其吸附可分为快速吸附和慢速吸附两个过程,在60min就可以达到饱和吸附量的92%。颗粒内扩散并不是控制吸附速率的唯一步骤,同时受到液膜扩散和表面吸附的作用。吸附等温线拟合发现Langmuir方程能更好地描述Cd~(2+)在黑炭上的吸附行为,Cd~(2+)在炭变化时间为3.0、4.5h的黑炭上的最大吸附量分别为36.36、38.61mg/g。吸附热力学研究结果表明,黑炭对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程。     

狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)与Pb~(2+)的吸附及机理分析

为了解狭叶香蒲(Typha angustifolia L.)活性炭的吸附性能及其机理,采用磷酸一步活化法制备了狭叶香蒲活性炭,并对其理化性质进行了表征;通过静态实验,研究了溶液起始pH、Cd~(2+)和Pb~(2+)浓度、吸附时间、温度、活性炭剂量对狭叶香蒲活性炭吸附水溶液中Cd~(2+)和Pb~(2+)的影响。狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)和Pb~(2+)的吸附量随溶液起始pH与温度的增加而增加,吸附平衡时间约为10 min;热力学分析表明,吸附过程自发而且吸热,吸附动力学实验结果符合拟二级动力学模型,Langmuir吸附等温模型能更好地拟合狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)的吸附,Pb~(2+)的平衡吸附量与Freundlich模型的拟合性更好。25℃条件下,由Langmuir线性模型拟合得到的Cd~(2+)和Pb~(2+)最大吸附量Qm分别为83.33和116.28 mg/g。狭叶香蒲活性炭的理化性质分析表明,活性炭表面凹凸不平、多孔,比表面积为780.42 m2/g、孔容23.29 m L/g、平均孔径3.14 nm;活性炭含有羟基、磷酸基、CC键等,等电点为3.3。结果表明,狭叶香蒲活性炭是Cd~(2+)和Pb~(2+)吸附的有效吸附剂,吸附过程包括静电吸附、离子交换等。     

核桃壳生物炭小球对雌激素污染物的吸附机制

为探究生物炭小球对雌激素污染物的吸附机制,以农业废弃物核桃壳为原材料,在400℃下热解碳化制备生物炭,与黏土、碳酸氢钠、硅酸钠混合制备生物炭小球。采用ESEM观察、比表面积测定、红外光谱对其表面结构和组成进行表征,并将其用于对雌酮(E1)、雌二醇(E2)和雌三醇(E3)的吸附去除研究。分别考察了吸附时间、溶液pH、生物炭小球投加量以及雌激素初始浓度对吸附效果的影响,并通过颗粒内扩散、等温吸附、吸附动力学探讨其吸附机制。结果表明:生物炭小球对雌激素的吸附平衡时间为15 min;投加量为1 g、pH为5、初始浓度为2 500μg·L-1时平衡吸附量最大;颗粒内扩散模型研究结果表明吸附机制包括分配作用和表面吸附;准二级动力学可较好地描述生物炭小球对雌激素的吸附过程;生物炭小球对雌激素的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型。所制备的生物炭小球对雌激素污染物具有较好的去除效果,在环境治理方面具有一定的应用前景。     

海藻酸钠-改性碳纤维复合材料对水中Cd~(2+)的吸附研究

采用海藻酸钠与改性聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)制作复合材料吸附去除水溶液中的Cd~(2+),考察不同吸附时间和溶液pH对Cd~(2+)吸附效果的影响。结果表明,改性后PAN-CF的表面官能团增加,表面能提高,相比于未改性PAN-CF制备的复合材料,改性PAN-CF能够缩短复合材料对Cd~(2+)的饱和吸附时间,增加Cd~(2+)饱和吸附量,随着溶液pH的升高,复合材料对Cd~(2+)的吸附量呈先增加后下降的趋势,pH=6时Cd~(2+)的吸附量最大,为162.8mg/g。     

花生壳基和木屑基生物炭对离子型染料和Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

采用花生壳和木屑为原材料分别在300、600℃限氧条件下热裂解制备4种生物炭,研究了其对阳离子型染料亚甲基蓝(MB)、阴离子型染料刚果红(CR)和重金属Pb(Ⅱ)的吸附等温线和吸附动力学效应以及生物炭上Pb(Ⅱ)的解吸再生效应。结果表明,相比Freundlich方程,生物炭对MB和Pb(Ⅱ)的吸附等温线更符合Langmuir方程。其中,生物炭对MB的吸附受到表面含氧官能团和平均孔径影响,对Pb(Ⅱ)的吸附机制以离子交换或共沉淀为主。相比Langmuir方程,生物炭对CR的吸附等温线更符合Freundlich方程,吸附机制主要以疏水作用为主。300℃热裂解花生壳制备的生物炭对MB吸附效果最好,最大吸附量达28.0 mg/g;600℃热裂解制备的生物炭对CR吸附效果最好;300、600℃热裂解花生壳制备的生物炭对Pb(Ⅱ)吸附效果均较好,最大吸附量分别为63.7、73.2 mg/g。生物炭对MB、CR和Pb(Ⅱ)的吸附基本在24 h内达到平衡,相比准一级动力学模型,吸附过程均更符合准二级动力学模型。0.1 mol/L盐酸能有效解吸4种生物炭吸附的Pb(Ⅱ)。生物炭的吸附效果和吸附机制与生物炭制备时的热裂解温度和原材料种类关系密切。     

蚓粪腐殖酸对Cd2+的吸附作用研究

以蚯蚓粪中提取到的腐殖酸为研究材料,采用傅里叶变换红外光谱仪分析了蚓粪腐殖酸的功能基团组成,考察了pH、Cd~(2+)初始浓度和吸附时间对蚓粪腐殖酸吸附Cd~(2+)的影响,得到蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的最佳吸附条件。研究结果表明:蚓粪腐殖酸的红外光谱特征吸收峰主要位于3 300～3 600cm-1,主要功能基团为羧基、羟基和胺基;pH小于4.0时,蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附效果较差,近中性条件下吸附效果最佳;Cd~(2+)初始浓度对吸附效果影响较大,Langmuir模型模拟得到Cd~(2+)的最大饱和吸附量为4.47mg/g;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附作用较为稳定,吸附40min后基本达到饱和;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)有较强的吸附能力,为土壤Cd~(2+)污染修复提供参考。     

新制备生物炭的特性表征及其对石油烃污染土壤的吸附效果

生物炭作为一种绿色环保的功能材料因其在污水处理和污染土壤修复方面具有显著效果而受到极大关注.采用红外光谱、元素分析仪及微孔分析对不同温度(200、300、400、500和600℃)条件下制备的木屑和麦秆生物炭进行特性表征,并采用制备的生物炭净化石油污染土壤,分别考察了污染物性质、生物质原料和热解温度对其净化效果的影响.结果表明,随着热解温度的增高,生物炭芳香化程度增加,极性降低,微孔结构逐渐发育,表面积增大.加入生物炭33 d后,污染土壤中总石油烃及其组分烷烃的浓度比对照略有降低,而PAHs浓度下降显著.随着热解温度升高,2种生物炭对PAHs的吸附强度均逐渐增大,芳香度增高、表面积增大是强吸附的主要原因.2种生物炭在400℃及以下温度制备时对PAHs的吸附强度为:木屑生物炭＞麦秆生物炭;而400℃以上温度制备的生物炭吸附强度则相反,即麦秆生物炭＞木屑生物炭,说明生物炭原料对其吸附强度也具有显著影响.     

3种生物质炭对活性艳蓝KN-R的吸附简

选择由玉米秸秆、稻壳和稻草秸秆在825℃制成的生物质炭作为吸附剂,通过模拟实验,研究其对溶液中活性艳蓝KN-R的吸附特性,考察了pH值、时间、溶液初始浓度和生物质炭用量对吸附效果的影响。结果表明,当pH为2.0时,玉米秸秆炭和稻壳炭对活性艳蓝的吸附量均达到最大,而pH对稻草秸秆炭的影响不大;三者达到吸附平衡的时间分别为180、300和360 min,最大吸附量分别为114.05、54.60和68.19 mg/g。等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述;动力学实验表明,吸附过程更符合拟二级动力学模型;热力学数据分析发现,吸附过程是自发进行的吸热过程。     

羟肟酸功能化PMMA/AM/HOA的合成及对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能

用悬浮聚合法合成了甲基丙烯酸甲酯(MMA)与丙烯酰胺(AM)的共聚物PMMA/AM,再经羟胺改性制备了含羟肟酸功能基的改性PMMA/AM/HOA树脂。通过红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)对PMMA/AM/HOA树脂的结构和稳定性进行了表征。以PMMA/AM/HOA为吸附剂,考察了温度、吸附时间、pH值和金属离子浓度等条件对Hg~(2+)、Cd~(2+)两种金属离子吸附性能的影响。结果表明,改性树脂对Hg~(2+)、Cd~(2+)具有良好的吸附能力,其实验吸附量分别为0.822和0.384 mmol·g~(-1)。改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附过程符合拟二级动力学方程,25℃时其二级动力学吸附速率常数分别为5.301×10~(-2)和3.582×10~(-2)g·(mmol·min)~(-1);改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附量随温度的升高有所增大,吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温式。     

造纸污泥制备功能吸附材料及其对Cu2+吸附性能的研究

以造纸污泥为原料,利用热解的方法制备生物炭,然后用氢氧化钠对其改性,得到功能吸附材料(SAM),探讨了SAM对Cu~(2+)的吸附性能及其影响因素。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱等手段揭示了SAM吸附Cu~(2+)的机理。结果表明:造纸污泥在300℃热解2h,然后用5mol/L的氢氧化钠改性,可制备得到对重金属具有良好吸附性能的SAM;当100mg/L的Cu~(2+)模拟废水的pH为6～7时,SAM投加量为0.010 0g/mL下Cu~(2+)去除率为99.15%,SAM投加量为0.002 5g/mL下SAM的吸附量为28.788mg/g;SAM吸附Cu~(2+)符合Langmuir吸附等温模型,属于单分子层吸附,其吸附机理主要表现为化学吸附,即SAM中含有丰富的羟基官能团,Cu~(2+)能与羟基形成稳定的络合物,通过化学键固定在SAM的表面及孔内,从而达到去除模拟废水中Cu~(2+)的效果。     

棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附特征

为了研究棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)对溶液中Pb~(2+)和Cd~(2+)吸附过程的特征,分别从动力学、热力学和吸附等温线三方面进行了实验,同时还研究了pH、温度、时间、重金属离子起始浓度和吸附剂用量对吸附过程的影响。等温吸附过程可以用Langmuir方程来描述。在实验设定条件下,棘孢曲霉对Pb~(2+)和Cd~(2+)最大吸附量分别为71.2 mg/g和59.8 mg/g;动力学实验数据很好的符合二级动力学方程,吸附达到平衡的时间为3 h;热力学实验数据显示该吸附过程为自发的、吸热的过程。