NaHCO3活化荞麦皮生物炭对碘帕醇的吸附

采用NaHCO₃活化荞麦皮生物炭,优化得到生物炭0.25N-BC[m（NaHCO₃）：m（荞麦皮）=0.25：1],通过SEM、BET、XRD、Raman、FTIR和XPS等方法进行表征,分析NaHCO₃对生物炭理化性质的影响,探究其对非离子型碘代X射线造影剂碘帕醇（IPM）的吸附性能和机制.结果表明,与荞麦皮生物炭相比（BC）,NaHCO₃活化生物炭的结构缺陷程度更高（比表面积和孔体积分别由480.40 m²·g^-1和0.29 cm³·g^-1增至572.83 m²·g^-1和0.40 cm³·g^-1,I_D/I_G是BC的1.22倍）,表面含碳和含氧官能团数量发生显著变化,极性增强[（N+O）/C由0.15增至0.24],能够有效吸附IPM,0.25N-BC对IPM最大吸附量达到74.94 mg·g^-1,是BC （7.88 mg·g^-1）的9.51倍.拟二级吸附动力学和Langmuir、Freundlich等温线模型可很好地拟合0.25N-BC对IPM的吸附,吸附过程主要以化学吸附和单层、非均质多层吸附为主;孔隙填充、氢键、π—π和n—π相互作用是0.25N-BC吸附IPM的主要机制.对比不同碱[KOH、Na₂CO₃、NaHCO₃、KHCO₃和Ca （HCO₃）₂]活化荞麦皮生物炭对IPM的吸附,0.25N-BC吸附效率高,达到吸附平衡时间短,能有效去除实际水体（二沉池出水和湖水）中IPM的残留,并具有良好的循环使用性能,吸附-解吸3次后对IPM的去除率仍保持在74.91%.研究表明NaHCO₃活化荞麦皮生物炭是一种绿色有效,可持续去除含碘有机物的优良吸附剂.     

改性污泥基生物炭的性质与重金属吸附效果

为提高污泥基生物炭在高钙溶液体系中对重金属阳离子的吸附能力,将Fe₂O₃、MnO₂、ZnO与市政污泥以质量比1 ∶10（以过渡金属元素质量计）混合共热解,制备改性生物炭;表征改性生物炭的组成、官能团分布和表面性质,考察其对典型重金属阳离子Cd²⁺的吸附效果.过渡金属氧化物可促进污泥的热解,改性生物炭的H/C原子比均低于0.31,碳链裂解脱氢更彻底.改性生物炭中Fe、Mn保留较好,分别主要以单质和氧化物形态存在;而Zn流失较多.改性生物炭中的孔隙以介孔为主,平均孔径约3.8 nm,比表面积在50 m²·g^-1以上.初始浓度约200 mg·L^-1的Cd²⁺溶液中,Ca²⁺初始浓度从0 mg·L^-1升高到约200 mg·L^-1,Fe改性生物炭对Cd²⁺的吸附容量从43.17 mg·g^-1降至27.88 mg·g^-1,但仍较未改性生物炭高10 mg·g^-1以上,在含钙溶液体系中表现出了对Cd²⁺更强的吸附性能.Fe₂O₃较MnO₂和ZnO对市政污泥基生物炭吸附重金属的强化效果更好.     

4种钝化剂对污染水稻土中Cu和Cd的固持机制

为揭示钝化剂阻控后Cu和Cd二次活化的风险程度,本文采用石灰石（LS）、麦饭石（MF）、生物炭（BC）和铁改性生物炭（Fe-BC）这4种钝化剂,研究其施用后土壤及土壤胶体中Cu和Cd形态变化和内源铁氧化物类型、形貌变化归趋.结果表明,钝化剂对土壤Cu和Cd的固持效果表现为LS>MF>Fe-BC>BC.LS和MF处理后土壤可交换及碳酸盐结合态Cu质量分数分别减少8.19%和2.33%,易还原铁锰结合态Cu质量分数分别增加8.00%和2.69%,二次活化的风险较高;BC和Fe-BC处理后,易还原铁锰结合态Cu质量分数分别减少2.21%和5.90%,有机结合态Cu质量分数分别增加4.75%和3.48%,钝化效果更稳定.LS、MF、BC和Fe-BC处理后,土壤可交换及碳酸盐结合态Cd质量分数分别减少7.64%、8.34%、2.37%和6.73%,残渣态Cd质量分数分别增加8.27%、9.18%、5.73%和9.60%,说明钝化处理后,Cd二次活化的风险较低.胶体中Cu和Cd的含量分别为489.92mg·kg^-1和2.57mg·kg^-1,远高于土壤中Cu和Cd的含量239.98mg·kg^-1和1.93mg·kg^-1,且4种钝化剂施用后,土壤胶体中非晶质氧化铁结合态Cu和Cd含量显著增加,说明这是重金属生物有效性降低的主要原因和路径.     

Ca改性生物炭对土壤磷赋存形态影响及稳定化机制

针对湖库周边农田淹没后土壤磷释放风险控制的问题,采用共热解法制备Ca改性生物炭（Ca-BC）,通过X射线光电子能谱分析（XPS）、X射线多晶粉末衍射分析（XRD）、吸附实验和模拟培养实验等,进行Ca-BC 对土壤磷赋存形态影响和稳定化机制研究.结果表明,Ca-BC 吸附磷的过程符合Langmuir（R² = 0.940）和一级吸附动力学模型（R² = 0.961）,表明该吸附过程为化学作用主导的单层吸附,最大吸附量达到267.93 mg·g^-1.模拟培养实验表明,当Ca-BC添加量为1%时,土壤中较活跃性的交换态磷形态从7.42%下降至4.59%. XRD结果表明,Ca-BC吸附磷后出现Ca₃（PO₄）₂和Ca₅（PO₄）₃（OH）吸收峰,证明磷酸盐在生物炭表面形成较稳定的晶体沉淀.XPS分析表明,生物炭表面羰基官能团参与磷固定过程,提高了生物炭对磷的吸附能力.总体来讲,Ca-BC 添加量大于1%时,对磷的释放有较好的固定能力,具备对土壤磷释放控制的潜在应用价值.     

浒苔生物炭对雨水径流中氨氮的吸附特性及吸附机制

为探究生物滞留池填料（浒苔生物炭）处理雨水径流氨氮（NH₄⁺-N）的去除效果及机制,进行室内批量吸附实验,在对浒苔生物炭进行碱改性（1、2和3 mol·L^-1 NaOH改性,分别标记为BC1、BC2和BC3）基础上,开展改性前后浒苔生物炭对NH₄⁺-N吸附性能研究.结果表明：①适宜浓度的碱改性提高了浒苔生物炭的比表面积和表面微观结构,增加了O元素含量,丰富了表面官能团,其中BC2改性效果最好.②浒苔生物炭对NH₄⁺-N的吸附在pH值9.0和生物炭投加量0.5 g·L^-1时,吸附量最大,BC1和BC2的吸附量比BC分别提高6.4%和10.8%,BC3则降低13.7%,BC2吸附效果最好,饱和吸附量达16.76mg·g^-1.③浒苔生物炭对NH₄⁺-N的吸附机制为单分子层的化学吸附,吸附过程受到生物炭的高pH值、孔隙的静电吸引以及表面羟基（-OH）、羧基（-COOH）和碳氧单键（C-O）等官能团的络合氧化等的促进作用.综上所述,适量的NaOH来改性浒苔生物炭能够提高对NH₄⁺-N的吸附效果,可作生物滞留池的填料来去除NH₄⁺-N污染.     

氯基和硫基肥对土壤镉水稻生物有效性的影响

为探明氯基和硫基化肥单施或混施对土壤镉（Cd）水稻生物有效性的影响,选取典型水稻土红黄泥（第四纪红色黏土母质发育）,按不同比例添加氯基肥（KCl、NH₄Cl）和硫基肥［K₂SO₄、（NH₄）₂SO₄］,在3种外源Cd水平下（0、0.5和2.0 mg ·kg^-1）进行水稻盆栽试验,研究土壤pH、Cd形态、水稻植株各部位和糙米Cd富集情况.结果表明,施用氯基和硫基肥均会使土壤酸化,但氯基肥的影响更显著.水稻灌浆期,单施氯基肥较单施硫基肥的土壤pH值平均降低了0.28;水稻成熟期,氯基肥对残渣态Cd具有活化作用,而硫基肥会将酸可提取态Cd钝化为残渣态;氯基和硫基肥混施较单施同种肥料更易促进水稻植株富集Cd;糙米Cd富集量在氯基和硫基肥1 ：1处理时最高,为0.21 mg ·kg^-1（2.0 mg ·kg^-1外源Cd水平）,较单施氯基肥提高了16.4%,较单施硫基肥显著提高了113.3%.因此,氯基肥和硫基肥混施会使水稻糙米Cd富集量上升,为保障粮食品质安全,水稻种植更宜单施硫基肥.     

木屑生物炭在雨水径流中的氮磷淋出和吸附特性

现阶段生物滞留系统的填料存在氮磷营养素淋出及吸附净化效果不稳定的问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统过滤层填料的可行性,选用传统填料（椰糠、堆肥、陶粒和火山石）作为对比材料,通过理化性质测试、批量淋洗实验、等温吸附和解吸实验,研究木屑生物炭的基本性质、淋出特性和吸附特性,探究木屑生物炭对生物滞留系统的优化效果与改良机制.结果表明,经高温热解生成的木屑生物炭具有疏松和多孔的特性,饱和含水率为195.65%,持水效果好;热解后木屑生物炭表面的氮磷元素转换为稳定的化合物,在批量淋洗实验中其氮素淋出量低、淋出速度快,磷素淋出滞缓但在人造雨水径流的淋洗中保持线型负值增长,吸附效果稳定;在典型雨水径流浓度（2mg·L^-1的NH₄⁺及2mg·L^-1的PO₄^3-）下,木屑生物炭可吸附34.6mg·kg^-1的NH₄⁺和59.5mg·kg^-1的PO₄^3-,具有突出的综合吸附能力;NH₄⁺及PO₄^3-吸附平衡后的木屑生物炭在去离子水中的平均解吸率为21.23%和17.43%,吸附效果稳定.综上所述,木屑生物炭的施用可解决填料营养盐过剩淋出的问题,且具有较好的氮磷吸附效果,可用作生物滞留系统的填料解决雨水径流污染问题.     

生物炭与土壤调理剂对滨海荒芜重盐碱地的改良效应

以土壤改良剂对荒芜重盐碱地生物改良和开发利用为研究目标,在华北低平原区滨海荒芜重盐碱地开展了施用生物炭（B）和调理剂（C）种植先锋作物油葵的大田试验.生物炭用量设2个水平（0和1.25 kg ·m^-2）调理剂施用量设3个水平,分别为0、0.83和1.66 kg ·m^-2,共6个处理.油葵收获后按照每30 cm一层采至90 cm搜集土样.结果表明,施用生物炭提高0~30 cm和60~90 cm土层含盐量,而土壤调理剂则显著降低0~30 cm土壤含盐量.没有发现生物炭或调理剂对土壤pH有显著影响.生物炭处理显著抑制土壤硝化作用,导致0~90 cm土层NO₃^--N含量显著下降,NH₄⁺-N含量提高,对有机质（SOM）含量没有显著影响.施用土壤调理剂提高0~30 cm土壤SOM含量,调理剂施用量为1.66 kg ·m^-2时0~90 cm土层的NO₃^--N含量显著增加.单施生物炭与调理剂或者二者组合均显著增加0~90 cm土壤NH₄⁺-N含量、有效磷（Olsen-P）含量和有效钾（K_ex）含量,但生物炭对这3种养分含量的提升效果更显著,土壤调理剂则在增加0~30 cm土壤有机质和降盐方面更有效.施用高量调理剂促进土壤硝化作用,而施用生物炭恰恰起到硝化抑制剂的作用,因此,将生物炭与土壤调理剂结合施用,是滨海荒芜重盐碱地防止NO₃^--N淋失、减少环境污染、增肥降盐并保障耐盐先锋作物高肥低盐生长环境的有效措施.     

KOH活化小麦秸秆生物炭对废水中四环素的高效去除

活化是提高生物炭吸附性能的重要手段.以小麦秸秆为研究对象,KOH为活化剂,制备KOH活化生物炭（K-BC）,同时制备原状生物炭（BC）作为对照.对生物炭进行比表面积和孔径、元素分析、XPS、FTIR、Raman、XRD和pH_pzc等表征,考察KOH活化对生物炭理化性质的影响,并探究生物炭对水体中四环素的吸附性能和机制.结果表明,KOH活化之后生物炭的比表面积和孔体积可达996.4 m²·g^-1和0.45 cm³·g^-1.KOH活化会制造更多的碳结构缺陷,影响生物炭的官能团和表面电性.拟二级动力学和Langmuir模型可以较好地拟合生物炭吸附四环素的过程.环境温度升高能提高生物炭对四环素的吸附量.K-BC吸附四环素是自发、吸热和无序度增加的过程.K-BC对四环素的最大吸附量理论可达到491.19 mg·g^-1（实验温度为45℃）.结合吸附后生物炭的Raman、FTIR和XPS表征,发现孔隙填充和π-π作用是K-BC吸附四环素的主要机制,氢键和络合作用也发挥重要作用.此外,K-BC还具有良好的循环使用性能.综上所述,KOH活化小麦秸秆生物炭是有效和可行的,可用于废水中四环素的去除.     

改性酒糟生物炭对紫色土壤镉形态及水稻吸收镉的影响

生物炭及改性生物炭已被广泛应用于重金属污染农田土壤修复领域.为探寻经济有效的镉（Cd）污染酸性紫色土壤修复改良材料,将酒糟制成酒糟生物炭（DGBC）,并用纳米二氧化钛（Nano-TiO₂）对其改性,制得两种改性酒糟生物炭TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC,采用水稻盆栽试验研究不同生物炭和不同施用量（1%、3%、5%）处理对土壤理化性质、养分含量、Cd赋存形态与生物有效性、水稻生长与Cd富集的影响.结果表明：①施用DGBC显著提高了酸性紫色土pH、CEC和养分含量,且TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC效果更好.②DGBC和改性DGBC使土壤Cd形态由可溶态向难溶态转变,残渣态Cd相较对照增加了1.22%~18.46%.土壤Cd生物有效性显著降低,DGBC、TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC分别使有效态Cd降低11.81%~23.67%、7.64%~43.85%和19.75%~55.82%.③施用DGBC和改性DGBC提高了水稻产量,DGBC、TiO₂/DGBC和Fe-TiO₂/DGBC在3%添加量时水稻产量最高,分别为30.60、37.85和39.10 g·pot^-1,是对照的1.13、1.40和1.44倍.水稻各部位Cd含量显著降低,施用3种生物炭时水稻籽粒ω（Cd）分别为0.24~0.30、0.16~0.26和0.14~0.24 mg·kg^-1,TiO₂/DGBC在5%、Fe-TiO₂/DGBC在3%和5%添加量时,水稻籽粒ω（Cd）低于0.2 mg·kg^-1,符合国家食品中污染物限量标准（GB 2762-2022）.总体来看,Nano-TiO₂改性DGBC通过自身的吸附作用和影响土壤Cd形态分布有效降低了土壤Cd生物有效性,从而降低了水稻对Cd的吸收,同时促进了水稻生长,提高水稻产量.是一种具有潜在应用前景的Cd污染土壤修复改良材料.研究结果可以为Cd污染酸性紫色土农田修复和农业安全生产提供科学依据.     

不同施磷量(KH2PO4)作用对Cu、Zn在红壤中的迁移转化

为了比较不同施磷量对土壤中重金属Cu、Zn迁移转化的影响,采用土壤柱进行室内淋溶实验,研究常见的磷肥磷酸二氢钾在少量5 mg·kg-1,适量15 mg·kg-1以及过量25 mg·kg-1条件下对Cu、Zn在红壤中的淋溶效应.结果表明土壤施用磷酸二氢钾降低了土壤渗滤液的pH,不同施磷量对土壤渗滤液pH影响不大,在整个淋滤过程,渗滤液pH呈现上升的趋势.磷酸盐作用下重金属Cu在土壤中的迁移主要集中表层土壤中,而Zn逐渐向深层土壤中迁移.土壤深层渗滤液中Cu、Zn浓度均比较低,对浅层地下水的危害性不大.淋滤结束后,重金属主要以残渣态存在土壤中,重金属Cu残渣态的比例为60%左右,重金属Zn残渣态比例为40%左右.高浓度磷酸二氢钾作用下有利于重金属Zn从残渣态及有机结合态向交换态转化.     

A porous biochar supported nanoscale zero-valent iron material highly efficient for the simultaneous remediation of cadmium and lead contaminated soil

Risk associated with heavy metals in soil has been received widespread attention.In this study,a porous biochar supported nanoscale zero-valent iron（BC-nZVI） was applied to immobilize cadmium（Cd） and lead（Pb） in clayey soil.Experiment results indicated that the immobilization of Cd or Pb by BC-nZVI process was better than that of BC or nZVI process,and about 80% of heavy metals immobilization was obtained in BC-nZVI process.Addition of BC-nZVI could increase soil pH and organic matter（SOM）.Cd or...     

无机-有机混合改良剂对酸性重金属复合污染土壤的修复效应

本研究首先通过土壤培养实验,研究了在"石灰+沸石"的基础上,配施不同无机磷、不同有机物对酸性重金属复合污染土壤的改良效果,从中筛选4个最佳改良剂配方,并设置两种改良剂浓度梯度,以空心菜为供试植物进行盆栽实验.土壤培养实验显示,在施加"石灰+沸石"的基础上,配施有机肥或(和)无机磷能够进一步提高土壤pH,降低土壤重金属Cd、Pb、Cu、Zn的有效态含量;蘑菇渣和猪粪对土壤中4种重金属的固化效果优于鸡粪,钙镁磷肥的效果优于羟基磷灰石和磷矿粉.盆栽实验发现,8种处理均显著增加了土壤pH和降低了Cd、Pb、Cu、Zn的有效态含量,其中,处理H1、H2、H4(即在4 g·kg~(-1)沸石+2 g·kg~(-1)石灰石+3 g·kg~(-1)钙镁磷肥(磷矿粉)基础上,配施4 g·kg~(-1)有机物(猪粪或蘑菇渣))改良土壤后,空心菜生长健康,其地上部Cd、Pb、Cu、Zn含量均可达到食品卫生标准.比较土壤中重金属的化学形态,改良剂可能通过增加土壤pH及与重金属发生沉吸、附淀、络合等一系列反应,促进重金属由可交换态向铁锰氧化物结合态转换,从而显著降低了土壤重金属的生物有效性和减少空心菜对重金属的吸收.     

长株潭地区土壤Cd和Pb固液分配特征与环境风险

区域尺度上土壤重金属下渗迁移的环境风险存在较大空间变异性.以长株潭城市及其周边土壤为对象,研究了不同土地利用类型,土壤Cd和Pb有效态含量和固液分配系数(K_d)的分布特征及其影响因素,并基于CaCl₂(固液比为1∶0.5)测定的K_d揭示了研究区土壤重金属下渗迁移的环境风险.结果表明,研究区土壤Cd和Pb有效态含量大小呈现出：自然林地>郊区农田>城市绿地>工业区绿地.土壤Cd的K_d均值为449.79 L·kg^-1,Pb的K_d均值为27 604.07 L·kg^-1,说明土壤Cd迁移性显著高于Pb.林地土壤重金属的K_d显著低于其它3种土地利用类型土壤.土壤Cd和Pb的K_d主要受土壤pH和重金属总量的影响.在此基础上,引入CaCl₂(固液比为1∶10)测定的重金属有效态含量作为因变量,构建的多元回归模型可以较好地预测土壤Cd和Pb的K_d,...     

化学淋洗联合电动技术修复重金属污染土壤的效果及其机制

采用化学淋洗与电动技术联合修复重金属污染土壤,以明确其效果及其机制.试验选择了5种化学淋洗剂FeCl₃、 Fe(NO₃)₃、 KCl、 KNO₃和HCl溶液,分析比较Fe³⁺、 K⁺、 H⁺和Cl^-对土壤中4种重金属(Cd、 Pb、 Cu和Zn)的去除效果,其后,对化学淋洗后的土壤进行垂直电动修复,研究化学淋洗对重金属污染土壤电动修复去除效率的影响.结果表明,Fe³⁺、 K⁺、 H⁺和Cl^-对土壤中4种重金属的淋洗效果不同,对于Cd和Zn, H⁺去除效果最好,对于Pb和Cu, Fe³⁺去除效果最好.整体上比较,对于土壤中Cd、 Pb和Cu的去除,化学淋洗剂FeCl₃和Fe(NO₃)₃去除效果最好.对于土壤中Zn的去除,...     

无机稳定剂对重金属污染土壤的化学稳定修复研究

研究了单独无机稳定剂和复合无机稳定剂对污染土壤中重金属的稳定化效果.实验室小试结果表明,KH2PO4和Ca(OH)2混合药剂对Zn和Cu的稳定化具有显著的协同作用,将混合药剂用于实际农田污染土壤的原位稳定化,当两种药剂用量均为0.5 kg.m-2时,Zn、Cu和Cd的稳定化率分别为41.8%、28.2%和48.4%.混合药剂对花生的生长有抑制作用,同时混合药剂能够抑制花生对重金属的吸收.     

Remediation performance and mechanisms of Cu and Cd contaminated water and soil using Mn/Al-layered double oxide-loaded biochar

The combined pollution of heavy metals is ubiquitous worldwide. Mn/Al-layered double oxide-loaded crab shells biochar (LDO/BC) was prepared, so as to remediate the combined pollution of Cd and Cu in soil and water. The pristine and used LDO/BC were characterized and the results revealed that the layered double oxide was successfully loaded on crab shells biochar (BC) and metal element Ca in crab shells was beneficial to the formation of more regular layered and flake structure. The maximal adsorption capacity (Q_m) of LDO/BC for aqueous Cu²⁺ and Cd²⁺ was 66.23 and 73.47 mg/g, respectively. LDO/BC and BC were used to remediate e-waste-contaminated soil for the first time and exhibited highly efficient performance. The extraction amount of Cu and Cd in the contaminated soil by diethylene triamine penta-acetic acid (DTPA) after treating with 5% LDO/BC was significantly reduced from 819.84 to 205.95 mg/kg (with passivation rate 74.8%) and 8.46 to 4.16 mg/kg (with passivation rate 50.8%), respectively, inferring that the bioavailability of heavy metals declined remarkably. The experimental result also suggested that after remediation by LDO/BC the exchangeable and weak acid soluble Cu and Cd in soil translated to reducible, residual and oxidizable fraction which are more stable state. Precipitation, complexation and ion exchange were proposed as the possible mechanisms for Cd and Cu removal. In general, these experiment results indicate that LDO/BC can be a potentially effective reagent for remediation of heavy metal contaminated water and soil.     

汉江襄阳段主要入江支流沉积物营养盐和重金属风险特征研究

采集汉江襄阳段主要入江支流沉积物柱状样,分析沉积物常规理化指标、上覆水和孔隙水中营养盐含量、以及表层沉积物重金属含量,采用一维孔隙水扩散模型(Fick定律)计算营养盐扩散通量,评估沉积物营养盐释放风险,并评价表层沉积物重金属生态风险.结果表明:所有采样点氨氮及磷酸盐均从沉积物向上覆水释放,表明水质存在内源营养盐(氨氮和磷酸盐)释放风险.氨氮、磷酸盐扩散通量范围分别为42.431~81.369 mg·m-2·d-1、0.745~1.437 mg·m-2·d-1,均以航空路样点最大.表层沉积物重金属污染指数SPI值为6.1,总体表现为中度风险;其中小清河样点SPI值为11.8,达到高风险.小清河Cu、Pb和Zn平均含量分别为131.17 mg·kg-1、57.97 mg·kg-1和398.59 mg·kg-1,均超过相应的SEL值(最高效应阈值).富集系数研究表明汉江支流表层沉积物中Cd富集现象严重,平均富集系数高达4.57.汉江襄阳段入江支流沉积物存在内源营养盐释放风险,中度重金属生态风险,且Cd累积风险突出.因水文调控减少汉江干流流量进而导致河流稀释自净能力减弱,从而对汉江水质安全构成较大威胁.