羧基稻草阳离子吸附剂的制备及其去除水溶液中亚甲蓝的研究

为促进工业废水处理并降低废水处理费用,研究了柠檬酸热化学酯化法改性稻草制备可生物降解阳离子吸附剂的方法.实验比较了天然和改性稻草去除溶液中阳离子染料(亚甲蓝)的能力,研究了不同实验参数(pH值、吸附剂量、染料浓度、离子强度、吸附时间)对亚甲蓝吸附效果的影响在pH为2～10范围内,天然稻草去除亚甲蓝的能力随pH值的增加而增加,而改性稻草在pH≥3时对染料的去除率达到最大.改性稻草用量大于1.5g·L-1时几乎能完全去除浓度为250mg·L-1亚甲蓝溶液中的染料.改性稻草用量为2.0g·L-1对浓度为50～450mg·L-1的亚甲蓝溶液去除率保持在98%以上.增加溶液的离子强度会导致亚甲蓝去除率降低.染料吸附等温线符合Langmuir模式.吸附过程符合准一级反应动力学方程.酯化改性使染料的吸附剂粒子内扩散速率常数(kid)大大增加.研究结果表明,改性稻草是良好的亚甲蓝吸附剂.     

环境中的增塑剂

增塑剂作为塑料的一种改性添加剂,可以使塑料增大可塑性和提高强度.目前,世界各国使用的增塑剂都是邻苯二甲酸酯类化合物.工业上用邻苯二甲酸酐与不同醇类之间的酯化反应制取各种邻苯二甲酸酯.增塑剂的大规模生产与塑料工业的发展     

改性稻草秸秆对低浓度含油污水的吸附去除研究

对改性稻草秸秆吸附去除低浓度含油污水的效果进行了研究,稻草秸秆改性采用磷酸活化后高温改性。对其改性温度条件进行了优化,结果表明稻草秸秆最佳改性温度为500℃。考察了改性稻草的投加量和粒径,含油污水的盐度和温度等条件对低浓度含油污水吸附去除效果的影响。当改性稻草投加量为0.8 g/L时,对60 mg/L的含油污水中原油的去除率达到89.5%;原油的吸附去除效果随着样品粒径变小吸附能力提高,在盐度为15‰~30‰,温度为10~35℃,改性稻草秸秆对低浓度含油污水具有较好的吸附去除效果。改性稻草秸秆对低浓度含油污水的吸附过程符合准二阶动力学模型。     

环氧氯丙烷改性稻草的光降解研究

利用QUV耐候加速仪对天然稻草、预处理稻草和环氧氯丙烷改性稻草进行了光降解老化实验,研究其在光降解后的失重率和红外光谱图变化。结果表明,经过576h光降解实验后,改性稻草的失重率接近于天然稻草的失重率,分别为2．50％和2．49％,而预处理稻草的失重率仅为1．71％。红外光谱图显示,天然稻草光降解后,木质素含量明显降低;预处理后稻草中的木质素和半纤维素被去除;预处理稻草经环氧氯丙烷改性后,醚键增多,改性稻草光降解后-CH2和-CH2的含量降低,说明脂肪族化合物发生分解。     

季铵化改性稻草吸附去除水中SO42-的特性研究

采用NaOH、环氧氯丙烷和三甲胺改性稻草秸秆,制备出含季铵基的吸附剂,用以去除水中的硫酸根离子(SO2-4).通过SEM、元素分析、13C-NMR表征发现,稻草改性后表面纤维结构暴露,含氮量增加,引入了大量的季铵基,吸附潜力显著提高.吸附实验结果表明,改性稻草吸附去除SO42-平衡时间约20min,pH为3～8范围内吸附效果较好.采用Langmuir吸附模型可较好地描述改性稻草对SO2-4的吸附等温线,其最大单分子层吸附量Qmax为74.76mg·g-1,吸附能力远大于原稻草(11.68mg·g-1).     

己二酸二甲酯的绿色合成工艺

以精己二酸和无水甲醇为原料,固体强酸树脂替代传统无机酸为催化剂,釜式深度酯化合成己二酸二甲酯,考察了反应时间、催化剂用量、原料醇酸摩尔比等因素对己二酸酯化转化率的影响,确定了最佳反应条件。     

过渡金属元素掺杂改性SCR对零价汞的催化氧化性能

为提高商用SCR催化剂对Hg0(零价汞)的催化氧化活性,研究了过渡金属对其进行掺杂改性的方法,并利用固定床反应平台考察了不同试验条件下改性催化剂对Hg0的氧化效率. 结果表明:Y、Zn、Ni和Zr等过渡金属的掺杂可明显抑制SCR催化剂的催化活性,而Fe、Cu掺杂改性SCR催化剂对Hg0的催化氧化性能有显著提升. 在反应温度为350 ℃、空速比为370 000 h-1、φ(HCl)为1×10-5的条件下,Fe、Cu掺杂改性的SCR催化剂对Hg0的氧化效率均能达到90%以上,并且Fe掺杂改性后的SCR催化剂的脱硝性能也未受到明显影响. 借助XRD和XPS等表征手段,对反应前后Fe掺杂改性SCR催化剂进行了研究,表明Fe改性SCR催化剂遵循Mars-Maessen和Langmuir-Hinshelwood机制,可明显提高对Hg0的催化氧化效率,因此,应用前景较好.      

不同类型吸附剂去除水体中Sb(Ⅴ)的对比研究

本文对比研究了沸石、酸碱改性沸石、硅藻土、酸改性硅藻土、锰改性硅藻土、水葫芦干粉末、酸碱改性水葫芦干粉末、煤灰、煤渣、稻草秸秆粉末(40目)、稻草秸秆颗粒(粒径0.5cm)、玉米秸秆粉末(40目)、玉米秸秆颗粒(粒径0.5cm)、陶粒、铁氧化物改性陶粒等15种吸附材料吸附去除水体中Sb(Ⅴ)的效果。结果表明,在固液比为1 g∶50 m L,初始溶液p H=7.5±0.5,反应温度为25±2℃,震荡速率150 r/min,初始Sb(Ⅴ)浓度为1000μg/L,吸附反应时间为5h条件下,15种吸附材料对Sb(Ⅴ)具有显著不同的吸附效果,吸附量大小依次为煤渣铁氧化物改性陶粒锰改性硅藻土酸碱改性水葫芦干粉末煤灰玉米秸秆粉末酸碱改性沸石酸改性硅藻土玉米秸秆颗粒稻草秸秆粉末沸石稻草秸秆颗粒陶粒水葫芦硅藻土。通过对原始吸附材料进行不同改性处理,发现改性后材料相对于原始材料对Sb(Ⅴ)的吸附能力有明显提升,其中锰改性硅藻土、酸碱改性水葫芦和铁氧化物改性陶粒对Sb(Ⅴ)的吸附量分别为48.7、46.6和48.9μg/g。其中,铁氧化物改性陶粒作为一种新型的大颗粒吸附剂,不仅对Sb(Ⅴ)的吸附性能好,而且相对于传统的粉末型吸附剂更易于从被处理水体中取出,避免了吸附剂和目标毒害元素驻留在水体中产生二次释放的环境风险,具有较好的应用潜力。     

含油污泥催化热解工艺的优化及热解产物分析

随着环保意识的增强,含油污泥资源化与无害化处理问题成为研究的热点。分别用体积分数为5%、10%的HCl对活性白土进行改性,制得催化剂。采用扫描电镜、能量色散X射线光谱仪(EDX)、X-射线衍射、N_2-吸附脱附等分析手段对催化剂的结构进行表征。用催化剂对含油污泥进行催化热解,探讨了改性活性白土催化含油污泥热解的影响因素,并对热解产生的固、液产物进行了分析。结果表明:催化剂加量为1%,氮气流速为100 mL/min,反应温度为430℃,处理时间为3. 5 h时,油回收率可达到85. 49%,与未加催化剂时相比,油回收率提高了7. 22%,处理时间缩短了0. 5 h。由热解油组分分析可知,催化热解使得C_6～C_(15)的回收率提高,产物油品质得到改善。     

核桃果皮基磁性固体酸催化剂的制备及其催化性能研究

采用自底向上策略,利用农业废弃物核桃青果皮制备了磁性碳质固体酸催化剂,并对其进行了BET、XRD、SEM、IR和TGA等表征分析.结果表明,合成的磁性固体酸催化剂结构蓬松,比表面积大,具有良好的热稳定性.催化剂MPCs-0.2-SO₃H在生物柴油的合成中具有良好的催化活性.当醇油比为30,催化剂加入量为油酸质量的7%,80℃反应8 h酯化率达到74.2%,比商用Amberlyst-15催化剂的酯化率高近20%,最高含水量可达油酸质量的4%,重复使用3次后仍具有较高的酯化率,不仅实现了废弃物的资源化,而且得到的催化剂磁性易分离,在生物柴油的合成中具有巨大的应用潜能.     

秸秆还田对水稻镉积累及其亚细胞分布的影响

镉(Cd)是人类一级致癌物,大米食用是以大米为主食人群摄入Cd的主要途径.秸秆还田是秸秆处理中主要方式,在Cd污染稻田被广泛应用,其对水稻Cd吸收及水稻体内Cd的分布产生的影响不可忽视.本研究选用Cd水稻土,通过盆栽和大田试验分析了不同的秸秆还田用量(0.0%、1.0%、2.5%和5.0%)对Cd的亚细胞分布以及在水稻籽粒中积累的影响.结果表明水稻根细胞中的Cd主要分布在细胞壁中,占总Cd的86%~95%,茎叶细胞的细胞壁与可溶部分中的Cd含量相当,分别占总Cd的30%~51%和35%~61%.秸秆按1%和2.5%比例还田能显著提高根中Cd含量,以及细胞壁中Cd含量及其分配比例,并降低水稻体内Cd由根向茎叶转运;但5%的秸秆还田,分蘖期根中Cd含量和细胞壁中Cd含量显著降低,Cd由根向茎叶转运系数提高,灌浆期的根中Cd含量和细胞壁中Cd含量均显著提高,转运系数没有显著变化.大田试验前茬的水稻秸秆和油菜秸秆中Cd含量均较高,分别是0.49 mg·kg~(-1)和0.67 mg·kg~(-1);油菜秸秆单独还田或与石灰一起还田均没有显著影响水稻糙米或秸秆中Cd的积累;水稻秸秆单独还田也没有显著改变水稻糙米或秸秆中Cd的积累,但与石灰一起还田时能显著降低糙米和秸秆中的Cd积累;生物炭添加能显著降低水稻体内的Cd积累,且与石灰一起添加降Cd效果更显著.因此,当用Cd污染稻田前茬所产水稻秸秆还田时,建议与石灰一起添加可达到显著降Cd的效果.该研究将为Cd污染稻田的水稻安全生产与秸秆循环利用提供理论与实践指导.     

稻秸沼渣矿化特征及对青菜生长和品质的影响

以稻秸沼渣和商品有机肥为原料,采用室内培养和盆栽实验方法,研究了稻秸沼渣中碳、氮等养分释放特性以及对蔬菜产量和品质的影响.结果表明,稻秸沼渣施入土壤后可明显提高土壤有机碳矿化速率和微生物生物量碳,秸秆发酵半年的沼渣的矿化特性优于发酵一年的秸秆沼渣.秸秆沼渣有机氮的矿化特性主要表现为氮的固定,秸秆厌氧发酵越充分,沼渣矿化时有机氮越不容易被固定.相比商品有机肥,添加稻秸沼渣青菜的产量略低,但显著提高了青菜中维生素C和水溶性糖含量,降低了硝酸盐含量,提高了青菜品质.因此,秸秆沼渣农肥化对提高蔬菜产量和品质有很好的效果.     

厌氧发酵液回流降解含重金属水稻秸秆

针对含重金属水稻秸秆厌氧发酵过程产生的含重金属发酵液的处置问题,将其作为接种物对水稻秸秆进行回流,探究其反复回用以处理含重金属水稻秸秆的可能性。研究结果表明:厌氧发酵液回流可降解含重金属水稻秸秆,接种厌氧发酵液有助于降解水稻秸秆中木质素和半纤维素,水稻秸秆厌氧发酵释放的重金属对其厌氧发酵过程未产生明显抑制作用。在固液比为3.3%条件下,接种发酵液后含重金属水稻秸秆总甲烷产量和总产气量分别达到121.2,282.6 mL/g VS。秸秆中Cu、Cd、Pb和Zn的释放率分别达到94.22%、54.21%、72.67%和98.55%,沼渣中重金属含量达到GB 8172—87《城镇垃圾农用控制标准》要求,可实现还田利用。发酵结束后,发酵液中Cu、Cd、Pb和Zn浓度分别为0.30,0.073,0.10,2.57 mg/L。结果表明,接种厌氧发酵液可以促进水稻秸秆中重金属释放,进而实现含重金属秸秆和发酵液的联合处置。     

盐渍化环境下秸秆还田对稻米汞及甲基汞累积的影响

通过盆栽试验探讨了盐渍化环境下秸秆还田对土壤中总汞（THg）、甲基汞（MeHg）含量和转化以及对水稻吸收汞的影响.试验用土采集自天津典型污灌地区,人为添加不同梯度的盐分（0、0.2%、0.5% NaCl）及外源汞（0、5mg/kg~Hg（NO₃）₂）,秸秆还田按照0.1%进行处理.结果显示：1.秸秆还田促进稻田系统中无机汞的甲基化.与未添加秸秆的处理相比,秸秆还田后土壤MeHg含量提高了56.8%~76.8%,水稻MeHg含量增加了127%~171.6%.2.在轻度盐渍化稻田开展秸秆还田,会进一步提高稻田土壤中汞的甲基化水平,进而增加水稻籽粒中甲基汞含量.与不添加盐分处理相比,轻度盐渍化环境中（0.2% NaCl）,秸秆还田处理导致土壤MeHg含量提高了92.2%~101.2%,水稻籽粒MeHg含量增长了52.8%~132.1%.更高的盐渍化水平会抑制土壤汞甲基化趋势,水稻籽粒中甲基汞含量降低.在中度盐渍化环境中（0.5% NaCl）,秸秆还田导致土壤MeHg含量降低了57.9%~88.6%,水稻籽粒MeHg含量降低了72.9%~86.8%.以上研究结果表明,在盐渍化且汞污染稻田开展秸秆还田可能大幅度增加该地区汞食物链暴露风险,因此在中轻度盐渍化的污灌区,对秸秆还田等农艺措施需要格外慎重.     

氢氧化钠固态预处理对稻草中木素结构特性的影响

为探明这种NaOH固态预处理对稻草产气量影响的内在机理,采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、氢质子核磁共振波谱(1HNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等方法,对NaOH固态处理前后稻草中木素结构的变化进行了多方位研究.结果表明,NaOH固态预处理使稻草中木素内部结构、木素-碳水化合物复合体的形态结构发生了明显的变化,使得纤维素从木素的包裹中释放出来,木素成分也由难降解的三维网状大分子转变成了易降解的直链结构的小分子,从而使得厌氧微生物能够接触到更多的纤维素并对其进行更有效的消化.这些木素形态结构的变化是导致稻草厌氧消化产气量提高的内在原因.     

不同生物炭对磷的吸附特征及其影响因素

为了实现植物生物质资源化利用,选择5种生物质材料制备生物炭,通过比较5种生物炭材料的磷吸附能力,筛选出了2种磷吸附效果较佳的材料,并探明了筛选生物炭材料的理化性质及其对磷的吸附特征.结果表明,5种生物炭材料中,仅水稻秸秆和玉米秸秆生物炭对磷具有吸附能力.Langmuir等温吸附曲线表明,水稻秸秆生物炭对废水中磷的吸附能力强于玉米秸秆生物炭,理论最大吸附量为：水稻秸秆生物炭(9.78 mg·g^-1)>玉米秸秆生物炭(0.39 mg·g^-1).水稻秸秆生物炭的比表面积(148.30 m²·g^-1)和总孔体积(0.11 cm³·g^-1)远高于玉米秸秆生物炭8.26 m²·g^-1和0.03 cm³·g^-1,同时水稻秸秆生物炭有更高的Mg、 Ca、 Fe和Al元素含量.水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭对磷吸附的最佳pH为酸性;在不同的pH范围内（3.0～11.0）,水稻秸秆生...     

Methane emissions from rice fields under continuous straw return in the middle-lower reaches of the Yangtze River

A three-year experiment was conducted in the middle-lower reaches of the Yangtze River in China to study the influence of continuous wheat straw return during the rice season and continuous rice straw return in wheat on methane (CH 4 ) emissions from rice fields in which, the rice-wheat rotation system is the most dominant planting pattern. The field experiment was initiated in October 2009 and has continued since the wheat-growing season of that year. The analyses for the present study were conducted in the second (2011) and third (2012) rice growing seasons. Four treatments, namely, the continuous return of wheat straw and rice straw in every season (WR), of rice straw but no wheat straw return (R), of wheat straw but no rice straw return (W) and a control with no straw return (CK), were laid out in a randomized split-plot design. The total seasonal CH 4 emissions ranged from 107.4 to 491.7 kg/ha (2011) and 160.3 to 909.6 kg/ha (2012). The increase in CH 4 emissions for treatments WR and W were 289% and 230% in the second year and 185% and 225% in the third year, respectively, in relation to CK. We observed less methane emissions in the treatment R than in CK by 14%-43%, but not statistically significant. Treatment R could increase rice productivity while no more CH 4 emission occurs. The difference in the total CH 4 emissions mainly related to a difference in the methane flux rate during the first 30-35 days after transplant in the rice growing season, which was caused by the amount of dissolved oxygen in paddy water and the amount of reducible soil materials.     

复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响

秸秆资源化利用对于农业环境保护和可持续农业发展具有重要意义.利用实验室分离获得的15株高效纤维素降解菌,筛选出可有效降解秸秆的复合菌剂JFB-1,研究了复合菌剂秸秆堆肥对土壤碳氮含量和酶活性的影响.结果表明,接种该复合菌剂能将秸秆堆肥的单个发酵周期缩短1~2 d,堆肥中有机质含量达到403.5~515.1 g·kg-1,C/N比降低至15.30~10.53.盆栽试验发现,施用水稻秸秆堆肥的效果总体好于相应的芦笋秸秆堆肥.与水稻秸秆对照堆肥比较,施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥150 g·kg-1时,土壤中有机质和全氮含量分别提高33.5%和7.3%,土壤脲酶和纤维素酶活性分别提高16.7%和30.8%;与不施肥处理比较,施用秸秆堆肥可改善土壤微生物群落结构,增加微生物多样性指数.当施用复合菌剂处理的水稻秸秆堆肥100 g·kg-1时,栽培30 d的普通白菜生物量比水稻秸秆对照堆肥提高46.4%,表明复合菌剂JFB-1在秸秆堆肥中具有很大的应用潜力.     

氢氧化钠和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响

为提高水稻秸秆生物转化产糖效率,分别用氢氧化钠和碱性双氧水对其进行预处理,并考察处理液浓度、温度和时间对木质纤维素酶解糖化效果的影响. 通过分析预处理前后水稻秸秆组分和结构变化,揭示氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响机理. 结果表明:①在80 ℃的条件下,使用1.25%的氢氧化钠对水稻秸秆水浴处理3 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为480.81 mg/g. ②在50 ℃的条件下,使用碱性双氧水(1.5%的氢氧化钠+2%的双氧水)对水稻秸秆水浴处理5 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为575.85 mg/g. ③与未预处理的水稻糖化效果(132.7 mg/g)相比,经氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆酶解产糖率分别提高了262.3%和336.2%. ④扫描电镜显示,经氢氧化钠和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆的比表面积均显著增加,表面结构更加疏松. ⑤红外光谱和X射线衍射光谱表征显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理均可消解水稻秸秆中的木质素并使其转化成纤维素,从而可以促进后续的酶解糖化效果. 研究显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理都能较好地促进水稻秸秆的酶解糖化过程,得到较高的糖含量.