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。     

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。     

椰纤维生物炭对Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附

为了研究不同裂解温度制备的椰衣生物炭对Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附性能差异及其机理,并为制备高效吸附生物炭提供依据,采用Langmuir和Freundlich模型拟合分析了300、500和700℃3个裂解温度下制备的椰衣生物炭对Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的等温吸附曲线,使用元素分析仪、Boehm滴定法、扫描电子显微镜等研究了不同温度制备的生物炭的组成与理化性质。结果表明,Langmuir模型和Freundlich模型都能较好地拟合生物炭对这些重金属的吸附,提高生物炭的制备温度可增加其对Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的最大吸附量,同时降低其对As(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的最大吸附量;制炭温度升高引起的生物炭C含量、灰分含量、p H、CEC的升高和生物炭表面积增大是导致其对Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的最大吸附量增大的主要原因。而随着制炭温度的上升,O、H元素含量下降引起的碱性官能团的增加,和羟基和酚羟基官能团的减少是生物炭对As(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)吸附量下降的主要因素。     

椰纤维生物炭添加对海南花岗岩砖红壤吸附Pb(Ⅱ)的影响

海南花岗岩砖红壤与300、500和700℃3种不同裂解温度下的椰纤维生物炭(分别记为YA300、YA500和YA700)混合培养30 d,进行批量等温吸附和解吸实验,研究不同裂解温度椰纤维生物炭添加对土壤吸附Pb(Ⅱ)性能的影响和机理,为生物炭对重金属污染土壤修复的研究提供理论依据。采用Langmuir和Freundlich吸附模型分析处理土壤对Pb(Ⅱ)的吸附差异,用吸附和解吸量推算方法研究处理土壤对Pb(Ⅱ)的静电吸附和非静电吸附差异。结果表明:经过30d的培养,椰纤维生物炭的添加显著提高了土壤的p H值和阳离子交换量(CEC值),提升幅度为YA700、YA500、YA300;生物炭的添加也提高了处理土壤对Pb(Ⅱ)的吸附能力,同时也提高了土壤对Pb(Ⅱ)的非静电吸附,提升幅度也为YA700、YA500、YA300;Langmuir模型可以更好地拟合处理添加YA300、YA500土壤和对照土壤对Pb(Ⅱ)的等温吸附。基础土壤对Pb(Ⅱ)的最大吸附量为3.53 mg·g-1,添加YA300、YA500和YA700培养后土壤对Pb(Ⅱ)的最大吸附量分别增加为4.49、4.92和6.03 mg·g-1。由于基础土壤的p H值和CEC值较低,椰纤维生物炭添加培养主要提高了处理土壤的p H值、CEC值以及土壤的负表面电荷,增强了土壤对Pb(Ⅱ)的吸附能力和非静电吸附百分比,从而降低Pb(Ⅱ)在土壤中的活性。     

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。     

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)。     

污泥基生物炭吸附重金属Cd的动力学和热力学

炭化是污泥资资源化利用的重要途径。研究了污泥基生物炭对Cd的吸附过程,探讨了污泥基生物炭吸附重金属Cd的动力学和热力学特征。结果显示污泥基生物炭对Cd的吸附符合准二级动力学方程。Freundlich方程能较好的模拟吸附等温线。随着温度增加,吸附呈现逐渐增强趋势。吸附热力学结果显示35℃时吸附并非自发进行,随着温度增加,吸附转为吸热并自发进行。污泥基生物炭对Cd的吸附主要以化学吸附为主,同时存在多种机制共同作用。研究结果表明污泥基生物炭有作为重金属Cd污染废水修复剂的潜力。     

磷酸根和硫离子在纳米铁表面的竞争吸附

通过纳米铁对磷酸根和硫离子的单吸附和竞争吸附的研究，从吸附动力学和吸附等温线两个方面分析并验证了其吸附特性和模式。分析表明，相对于磷酸根，纳米铁对硫离子的吸附能力更强，在竞争条件下居优势地位。采用准一级和准二级吸附动力学方程对实验数据进行模拟分析，结果表明，纳米铁对磷酸根和硫离子的吸附符合二级动力学方程。吸附等温线分析采用Freundlich和Langmuir吸附等温线方程模拟分析，分析结果表明，纳米铁颗粒对磷酸根的吸附符合Freundlich吸附模式，而对硫离子的吸附符合Langmuir吸附模式。     

改性松针对水体中铅(II)的吸附

探讨了改性松针(GXLsp)作为吸附剂对水体中铅离子的吸附性能,考察了吸附时间、溶液pH值、吸附剂用量、盐离子浓度、Pb(II)初始浓度及温度对改性松针吸附Pb(II)的影响。利用Langmuir和Freundlich等温线模型对实验数据进行非线性拟合分析,结果表明,Freundlich等温线模型能很好地描述松针对Pb(II)的吸附过程。热力学参数表明吸附是一个自发的吸热过程。改性松针对铅的吸附行为符合拟二级动力学方程,表明吸附过程是以化学吸附为主。在293K时松针对Pb(II)的饱和吸附量为318.3 mg/g,因此,GXLsp可作为一种高效低值生物质吸附剂以去除水体中重金属Pb(II)的污染。     

垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度(300、400和500℃)下的垫料生物炭(D300、D400和D500)和秸秆生物炭(S300、S400和S500),通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd~(2+)浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd~(2+)的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附效果最好;D300和D400对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd~(2+)到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

壳聚糖/磁性生物碳对重金属Cu(Ⅱ)的吸附性能

以丝瓜络为原料制备壳聚糖/磁性生物炭(CMLB),并研究了改性前后的生物炭对重金属Cu(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,改性后的生物炭包含γ-Fe_2O_3纳米颗粒,颗粒尺寸均匀,大小一致。CMLB对Cu(Ⅱ)的吸附量为54.68 mg·g~(-1),高于原始生物炭(LB)、磁性生物炭(MLB)的吸附量,且能够达到壳聚糖吸附量的86%。整个吸附过程在18 h达到平衡,在pH=5.8±0.1有较好的吸附效果。吸附反应动力学可采用准二级动力学方程拟合,吸附等温线符合Freundlich模型。CMLB吸附Cu(Ⅱ)的机制下包括离子交换、物理吸附和共沉淀。CMLB材料在处理废水后,利用磁铁可将材料从水中分离。CMLB可作为一种吸附剂有效去除水中的重金属,应用前景广阔。     

热改性蛇纹石对Pb~(2+)的吸附平衡及动力学研究

采用等温吸附法比较了天然的蛇纹石和700℃热改性处理的热改性蛇纹石对含铅废水的吸附效果,并采用Langmuir、Freundlich方程及Lagrange假二级动力学方程、粒内扩散方程对实验数据进行了拟合,研究了pH对吸附效果的影响,并对2种蛇纹石做了X衍射。结果表明:Pb2+质量浓度大于50mg/L时,热改性蛇纹石吸附效果更好,吸附率在92%以上;天然蛇纹石对Pb2+的吸附符合Freundlich方程和Lagrange假二级动力学方程,以化学吸附为主,有多个控速步骤,热改性蛇纹石对Pb2+的最大吸附量为78.13mg/g;在pH6的条件下,天然蛇纹石对Pb2+的吸附效果更好。     

牛粪生物炭对Cd~(2+)的吸附影响因素及特性

为了考察以牛粪为原料制备的生物炭对水溶液中Cd2+的吸附效果,进行了吸附影响因素、吸附等温线和动力学研究。结果表明,当热解温度为700℃、投加量为20 g/L、溶液初始pH为5、水溶液Cd2+初始浓度为10 mg/L、吸附平衡时间为60 min和溶液温度为25℃时,对Cd2+的吸附效果最佳,Cd2+去除率可达99%以上。提高溶液温度有利于吸附。降低生物炭热解温度和投加量对吸附效果影响不大。Langmuir方程能更好地拟合生物炭对Cd2+的吸附等温过程,吸附过程符合准二级动力学方程。牛粪生物炭是性能优良、价格经济的水溶液中Cd2+的吸附剂。     

不同agro-生物质炭对水土两相中铵态氮的固持效应

应对农业固废利用率低及过度施肥带来的环境问题,以4种常见农业固废(花生壳,PS;瓜子壳,SS;稻壳,RH;甘蔗渣,BA)为材料,研究300、450和600℃热解制备的生物质炭对水体中铵态氮吸附效果。结果显示,等温吸附Freundlich模型相比Langmuir模型具有更好相关性,更加适合描述12种生物质炭对铵态氮吸附过程。BA300(K=0.54)的吸附能力最强,RH450(K=0.01)的吸附能力最弱。在1%、3%和5%(质量分数)施用量下,土壤对铵态氮的平衡吸附量随生物质炭投加量的增加而增大。结果表明,生物质炭的施加可以改变土壤理化性质,促进土壤对铵态氮的固持能力。     

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。     

木棉基活性炭纤维吸附性能的研究

采用浸渍(NH₄)₂HPO₄化学活化法650℃时制备得到3种新型木棉基活性炭纤维，即只浸渍不预氧化方法处理的AK1(activated kapok)，先浸渍后预氧化的AK-2和先预氧化后浸渍的AK-3。利用制备得到的活性炭纤维处理苯酚和亚甲基蓝的模拟废水，AK-2具有苯酚最大吸附量(137.00 mg/g)，AK-1具有亚甲基蓝最大吸附量(274.11 mg/g)。吸附苯酚时，在静态平衡实验中，更符合Freundlich吸附等温线；在动力学实验中，更符合准一级反应。吸附亚甲基蓝时，在静态平衡实验中，AK-1更符合Langmuir模型，AK-2 、AK-3更符合Freundlich吸附等温线；在动力学实验中，更符合准二级反应。     

污水污泥裂解及其性能的研究

以碘吸附值为裂解残渣吸附性能的指标，通过单因素实验和正交实验，确定了制备裂解残渣的最佳工艺条件，并对残渣的表面元素组成、孔结构组成、晶相组成和吸附性能等性质进行了表征。结果显示：以浓度均为5 mol/L的ZnCl₂和H₂SO₄作活化剂、复配比2∶1、活化温度600℃、活化时间1 h、固液比1∶2.5，制得的裂解残渣酸洗后碘值平均值可达892.8 mg/g；用制备的裂解残渣对苯酚废水进行处理，室温下振荡5 min，苯酚去除率即可达到87.9%，且符合Langmuir吸附等温线方程和Freundlich吸附等温线方程。     

海带对镉的吸附动力学与热力学研究

采用批量平衡法研究了海带对镉的吸附的动力学与热力学,并采用Lagrange假一级动力学方程、假二级动力学方程、Langmuir等温线方程、Freundlich等温线方程以及Dubimim-Radushkevich等温线方程对实验数据进行了拟合.结果表明,在4种温度下海带对镉的吸附率均随吸附反应时间增加而增大,在60 min时达到最大,此后基本保持不变,随着温度由20℃升高至50℃,其最大吸附率呈下降趋势,由90.2%降至77.5%;海带对镉的吸附动力学符合Lagrange假二级动力学方程;海带对镉的吸附热力学符合Langmuir等温线方程和Dubimim-Radushkevich等温线方程,表明吸附主要发生在海带表面的活性区位,属于单分子层吸附,其吸附平均活化自由能E为11.4 kJ/mol,表明该吸附过程为化学吸附,在4种温度下吉布斯自由能变化量△AG°均为负值,吸附焓变△H°也为负值,表明海带对镉的吸附为放热反应,能自发进行.     

生物炭对邻苯二甲酸二甲酯在土壤中自然降解和吸附行为的影响

为了解生物炭应用于邻苯二甲酸酯污染土壤修复的可行性,选择邻苯二甲酸二甲酯作为目标污染物,以花生壳为原料制备生物炭,通过室内模拟试验研究生物炭对邻苯二甲酸二甲酯在土壤中自然降解和吸附行为的影响。结果表明,未添加与添加生物炭土壤中邻苯二甲酸二甲酯的自然降解过程均遵循一级动力学方程,生物炭含量0.5%和1.0%的土壤中邻苯二甲酸二甲酯的半衰期分别延长2.185 d和4.151 d,表明添加生物炭会不同程度地延缓土壤中邻苯二甲酸二甲酯的自然降解;在不同的生物炭含量水平下,土壤对邻苯二甲酸二甲酯的吸附均能很好地符合Freundlich方程所描述的规律,生物炭含量0.1%、0.5%和1.0%土壤的吸附常数Kf分别为35.647、45.830和57.649,显著高于对照土壤(7.793),表明土壤对邻苯二甲酸二甲酯的吸附作用随生物炭含量增加而显著增强。     

活性污泥对Pb(Ⅱ)的吸附机理

实验主要研究了活性污泥对Pb(Ⅱ)的吸附行为和吸附作用机理。结果表明,伪一级动力学模型和伪二级动力学模型均符合活性污泥对Pb(Ⅱ)吸附实验。在10、20和30℃时,Langmuir和Freundlich等温吸附线均能对活性污泥吸附Pb(Ⅱ)的行为进行较好的拟合。根据Zeta电位分析、轻金属离子释放分析、傅里叶红外分析(FT-IR)、扫描电镜分析(SEM)、和X射线光谱衍射分析(XPS)可得,活性污泥对铅的吸附机理包含静电吸附、离子交换、微絮凝沉淀、表面络合等。