生物质炭对重金属土壤环境行为及影响机制研究进展

综述了生物质炭基本结构特性及其影响因素,阐述了生物质炭对土壤重金属形态转变、迁移性以及生物有效性的影响,并对其作用机制做了探讨。研究发现,生物质炭基本结构特性主要与自身理化性、材料来源和制备条件相关。由此对污染土壤重金属形态转变及其运动变化产生不同影响,主要引起重金属的有效态向残渣态等无效态转变,其迁移和生物有效性降低引起植株累积重金属能力下降。其主要作用机制为吸附和固化作用,通过直接或间接改变土壤pH、有机质含量、CEC、土壤酶活性和团聚体等环境,达到修复目的。因此,在利用生物质炭钝化重金属污染土壤时,应因地制宜,筛选和施用适宜生物质材料。今后应继续探究完善其作用机制,并对修复土壤进行长期监测与防控。     

生物炭对土壤有效态重金属的作用机制进展

为了深入探究生物炭对土壤有效态重金属变化的影响,研究重点从生物炭的直接和间接作用两个方面对重金属有效态的影响机制进行了归纳概述。直接作用是指生物炭利用自身较大比表面积、疏松孔隙、丰富官能团和矿物质来吸附固定重金属,进而影响重金属形态转化的过程,包括物理吸附、静电吸引、官能团络合、离子交换、阳离子-π、化学沉淀等多种机理;间接作用是指生物炭通过改变土壤理化性质或者微生物群落多样性来影响有效态重金属含量变化的过程,以化学和微生物机制为主。最后提出结论与展望,以期为土壤重金属污染生物炭修复技术的潜在应用提供理论基础。     

生物炭对土壤中重金属铅和锌的吸附特性

利用固定床热解实验装置在不同热解温度(300~700℃)下制备了3种生物炭[杨树枝炭(PBC)、水葫芦炭(WHC)和玉米秸秆炭(CSC)],以南京市铅锌银矿区周边的菜园土为对象,研究了生物炭种类、热解温度和生物炭添加量对土壤重金属(Pb和Zn)吸附特性的影响,并结合生物炭的孔隙度、XRD和FTIR等分析,初步探讨了生物炭对土壤重金属的吸附机制.结果表明,生物炭的添加均不同程度地降低了土壤中Zn和Pb的浸出含量,水葫芦炭对土壤重金属的吸附效果最佳,在热解温度为500℃和生物炭添加量为5%的条件下,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率分别为21.83%和44.57%,相应的单位吸附量分别为227.65μg·g~(-1)和363.76μg·g~(-1).随着热解温度的升高,生物炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,且在热解温度为500℃和700℃下制备的水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附能力相差不大,这表明中等温度热解有利于水葫芦炭形成较好的理化特性.随着生物炭添加量的增加,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,但单位吸附量却逐渐减小,当水葫芦炭添加量为10%时,其对土壤中Pb的吸附率可达93.93%.结合生物炭的理化结构和土壤重金属吸附实验的结果,可以推测离子交换和络合作用是水葫芦炭修复重金属污染土壤的主要作用机制.     

生物炭修复土壤重金属的研究进展

生物炭是由废弃生物质在缺氧条件下热解而成的一种含碳丰富的产物。由于具有精细的孔隙结构和独特的表面特性,生物炭对重金属污染物有着良好的吸附能力,从而影响污染物的迁移。从生物炭的基本特性、吸附机理以及对土壤中重金属的修复效果等方面进行综述,最后提出生物炭未来在环境修复方面的研究方向。     

生物炭修复土壤重金属污染的潜在风险探讨

生物炭因其独特的吸附特性和制备来源广泛等优点,在土壤重金属污染修复中具有良好的应用前景,但生物炭的大量施用可能会带来许多潜在风险。文章对生物炭修复土壤污染的研究进行综述,重点讨论在现场修复的应用中,一些潜在的非生物和生物因素可能会削弱生物炭对重金属的固定化效应。同时总结了大量施用生物炭的缺陷,包括生物炭老化,生物炭原料附带有毒物质,以及生物炭对土壤动植物生长和土壤微生物的负面影响。此外,还提出了进一步的研究方向和建议（生物炭标准化、长期定位试验、修复机理研究及生产设计）,为生物炭生产和合理施用提供科学应用指导。     

生物炭去除土壤重金属研究进展

针对生物炭作为新型土壤改良剂的研究进展,介绍了生物炭制备方法,分析了生物炭与土壤重金属作用机制,探讨了生物炭联用技术。分析认为:原料、热解温度、热解时间等制备条件对生物炭去除重金属效果有不同程度的影响,热解温度影响程度最高,可以通过优化热解温度等条件制备生物炭;生物炭与土壤重金属间有直接和间接两种作用方式,不同生物炭与重金属间的作用机理也存在差异,需要深入了解作用机制并选择合适的生物炭;相比于单一生物炭施用,与碱性物质和堆肥技术联用可强化协同作用并优化土壤修复效果。     

改性生物炭修复砷镉复合污染土壤研究进展

砷镉复合污染(As/Cd污染)已成为我国主要的土壤环境问题,改性生物炭作为一种吸附固定剂在修复土壤As/Cd污染中正发挥日益重要的作用.在明确原始生物炭作为钝化剂修复As/Cd污染土壤局限性的基础上,综述了针对As/Cd污染土壤修复的生物炭改性方法研究进展,分析了相关作用机制,并对未来利用改性生物炭修复As/Cd污染土壤的前景和存在问题进行展望.结果表明,金属改性生物炭具有较好的协同修复As/Cd污染土壤的效应,从而具有良好的应用前景.通过不同改性方法制备的生物炭材料修复As/Cd污染的固定机制各异,其中,金属改性和无机非金属改性生物炭对As/Cd的固定作用主要涉及官能团配位、共沉淀和As氧化还原;微生物改性生物炭涉及沉淀作用和As氧化还原;物理和酸改性方法则局限于物理吸附和弱静电引力.针对当前研究现状,建议未来应加强生物质原料类型、热解温度、制备工艺、经济成本和土壤老化等因素对改性生物炭修复As/Cd污染土壤的影响研究,实施不同因素影响下材料对重金属固定的稳定性和长效性评估,揭示材料修复As/Cd污染土壤的关键作用机制.     

生物炭去除土壤重金属的研究进展

生物炭作为一种新型的吸附材料,具有比表面积大、官能团丰富、稳定性高等特点,施入土壤后可影响重金属在土壤中的迁移性和生物有效性。从生物炭对重金属的吸附机制、生物炭还田应用效果进行了概述,在此基础上分析了生物炭推广应用的限制因素,并从生物炭与土壤的相互作用、生物炭的制备工艺完善等方面进行了展望。生物炭施入土壤后可通过阳离子-π作用、离子交换、络合、共沉淀、氧化还原和静电吸附作用降低重金属有效态含量,减少作物对重金属的累积。但生物炭在实际应用中仍存在作用效果不稳定、价格高昂难以大面积推广应用等问题,未来有必要进一步探明生物炭与土壤互作关系、完善生物炭制备工艺,为生物炭的广泛高效利用提供支撑。     

生物炭结构性质对氨氮的吸附特性影响

氨抑制现象在富含有机氮底物的沼气工程中普遍存在,采用生物炭吸附法可固定发酵液中氨氮.为探究生物炭理化结构与氨氮吸附特性之间的相关关系,在不同热解温度(350、450和550℃)下制备以玉米秸秆、稻壳为原料的生物炭,通过元素分析、FTIR和BET等分析生物炭结构及其理化性质,并结合批式吸附实验,研究不同理化性质生物炭对氨氮的吸附特性影响.结果表明随着热解温度的升高,生物炭中碳及灰分含量增多; 450℃制备的玉米秸秆生物炭(CS450)与550℃制备的稻壳生物炭(RH550)对氨氮的吸附分别遵循准二级和准一级动力学模型.Freundlich吸附模型能更好地描述CS450和RH550生物炭对氨氮的等温吸附过程;玉米秸秆炭吸附量与其表面官能团间具有显著相关性;而与稻壳炭的吸附量相关性最显著的为生物炭的比表面积,其次是表面官能团,最后是灰分.其中,RH550吸附性能最好,最大吸附量为12. 16 mg·g~(-1).     

生物炭修复污染土壤的研究进展

介绍了生物炭的一些基本性质如碱性、表面积、官能团、CEC、元素组成和稳定性。然后对生物炭在污染土壤修复领域中的研究做了综述,例如用作土壤改良剂提高土壤对污水中有机污染物和重金属的吸附能力以及降低土壤中污染物的生物有效性。并对今后生物炭的研究方向作出了展望。     

浮萍生物炭的老化作用对其性质及对Cd(Ⅱ)吸附的影响

为了研究老化作用对生物炭性质及其对重金属Cd吸附的影响,将浮萍生物炭(LM)分别进行了高温老化(high temperature aging)、冻融循环老化(freeze-thaw cyclesaging)和自然老化(spontaneous aging),通过SEM-EDS、FTIR和吸附实验探究可能存在的变化机理。结果显示:冻融循环老化和高温老化会使生物炭表面O/C分别增加56.98%和90.14%,自然老化比较缓慢,对生物炭O/C影响不大。高温老化使生物炭表面羟基转化为羧基,为羧基化过程;冻融循环老化会使生物炭表面羟基增加,其他官能团基本不变;自然老化条件下,生物炭表面官能团无明显变化。老化作用增强了生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附,冻融循环、高温、自然老化作用使LM最大平衡吸附量分别增加了32.67%,83.17%,15.97%。研究表明生物炭的老化会使生物炭本身性质发生变化,但这一变化有利于生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附,生物炭在环境中具有较好的稳定性。     

热解温度对污泥基生物炭结构特性及对重金属吸附性能的影响

鉴于污泥基生物炭作为重金属吸附剂的研究还缺乏足够的数据,为探讨不同热解温度对生物炭结构性质及其对水体重金属吸附能力的影响,在缺氧条件下于300~900℃范围内以城市污泥为原料制备生物炭,利用元素分析、比表面积测定、电位测定和红外光谱分析等方法对生物炭的理化性质和结构特征进行表征,并选用900℃生物炭进行了吸附重金属Pb、Cr和Cd的试验研究.结果表明:① 300~900℃缺氧条件下制备的生物炭产率为44.39%~69.41%,污泥呈弱酸性（pH为6.35）,热解后的生物炭呈碱性（pH为7.7~10.58）.② 900℃生物炭中w（H）、w（N）大幅降低,分别比干污泥中减少89.50%和77.16%,而w（C）降低29.22%,固碳作用显著.热解后生物炭比表面积明显增大,700和900℃生物炭比表面积分别达到58.48和87.55 m2/g,最佳制备温度为700~900℃.③ 热解后的生物炭具有大量极性基团,热解温度越高,酸性基团越少,碱性基团含量增多.④ 热解作用使生物炭zeta电位升高,吸附能力增强.⑤ 900℃生物炭吸附Pb、Cr和Cd的最佳pH为7~8,对Pb、Cr和Cd的最大吸附量分别为2.38、2.48和1.16 mg/g.⑥ 各因素对生物炭吸附重金属的影响顺序,对于Pb和Cr表现为生物炭投加量>热解温度;对于Cd,表现为生物炭投加量>pH.研究显示,污泥基生物炭对Pb、Cr的吸附能力高于Cd,影响生物炭吸附行为的主导因子为生物炭投加量,影响Pb和Cr吸附的次要因子为生物炭热解温度,而影响Cd的次要因子为pH.生物炭吸附重金属的主要机理是离子交换吸附、络合反应、表面沉淀和竞争性抑制作用.      

生物炭吸附硫化氢机制与影响因素研究进展

硫化氢（H₂S）是现代社会工业生产过程中最常见的气体污染物之一,具有高毒性、腐蚀性和污染性,若处理不当会对自然环境与人类健康造成危害.生物炭因具备良好的吸附特性以及低成本和制备来源广等优点,在环境污染治理领域有着广泛的应用前景.目前生物炭吸附硫化氢技术在国内外受到越来越多的关注,但影响生物炭吸附硫化氢的因素复杂多样,需要对相关知识和研究进展进行系统地总结和归纳.从生物炭特性、吸附影响因素（生物质原料、热解温度、热解停留时间、粒径）、调控手段（包括湿度、吸附温度、吸附操作条件、改性活化）以及吸附硫化氢机制,对国内外生物炭吸附硫化氢的研究进展进行综述,通过选择合适的生物炭原材料、制备条件和优化生物炭吸附条件,从而为实现生物炭对硫化氢的高效去除提供更多的参考信息.     

基于城市固体废弃物的生物炭制备及其在垃圾填埋场和土壤改良中的应用研究进展

近年来,以城市固废为原料制备生物炭为其资源化利用开辟了新思路,但在制备方式、影响因素及主要应用领域仍缺乏有效阐述。介绍了生物炭的制备方式,系统分析了城市固废原料、生产工艺对生物炭产率和性质等影响;在此基础上,概述了生物炭在垃圾填埋场治理修复(渗滤液处理、垃圾填埋场覆盖、可渗透反应墙材料)和土壤改良(理化性质、营养环境)的应用现状。结果表明:1) 热解和水热碳化是城市固废制备生物炭的常用方式,其形成的生物炭具有较大的比表面积、孔隙率及更丰富的组分,对污染物质(如I-、Cu2+等)具有较强的吸附能力;2) 城市固废自身特性及生产工艺都会对所得生物炭的性质产生影响;3) 以特定城市固废生产的生物炭可用于垃圾填埋场修复和土壤改良,对填埋场造成的土壤、大气、地下水污染均具有良好的处理效果,也能充分提高土壤养分的有效性。该成果可为基于城市固废的生物炭生产及环境治理修复相关研究提供参考。     

土壤重金属污染的调控机理及应用研究

土壤重金属物污染的调控机理和应用研究,是国内外重金属污染土壤修复技术研究的热点和前沿领域。通过利用生物作用、理化措施等调控技术,可降低土壤中重金属的有效态浓度,降低其生物有效性及迁移性。文章阐述了利用植物、微生物、化学改良剂等修复土壤重金属污染的调控机理、影响因素、应用技术等方面的研究现状,讨论了植物修复、微生物作用、固定沉淀、吸附络合、有机络合及螯合、离子拮抗等原理与措施,并提出了其研究应用的发展趋势和展望。     

不同制备温度下污泥生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性

以城市剩余污泥为原料,于300,400,500,600 ℃温度条件下制备生物炭,通过单因素静态吸附实验探讨制备温度对生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响。结果表明:在500 ℃以内随着温度上升制备的生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附量增加,制备温度高于500 ℃后变化不明显;扫描电镜（SEM）、比表面积（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）表征结果显示,热解温度对生物炭表面形貌和官能团组成有显著影响;等温模型及动力学拟合结果表明,生物炭吸附Cr（Ⅵ）为单分子层吸附、物理-化学复合吸附。热解温度对污泥制备生物炭吸附Cr（Ⅵ）的性能有显著影响,最佳制备温度为500 ℃,在此条件制备的生物炭对Cr（Ⅵ）的理论吸附量可达7.93 mg/g。     

不同改性生物炭对农田土壤理化性质及铅、镉钝化的影响机制研究

改性生物炭是良好的重金属钝化剂。但针对不同生物炭,联合多种方法进行改性后生物炭的吸附性能尚待深入研究,其对土壤理化性质和重金属铅(Pb)、镉(Cd)长期钝化效果的影响也有待研究。选取水稻秸秆、木屑和椰壳为生物炭材,经硝酸-高锰酸钾联合改性后进行表征,明确改性前后生物炭理化性质。开展室内培养实验,将改性生物炭按质量比为2.5%、5%和10%加入受试土壤,培养6个月后,测定土壤理化性质、Pb、Cd形态分布及钝化效率,探讨改性生物炭钝化土壤Pb、Cd的作用机制。结果表明：改性后,不同生物炭的比表面积、孔隙结构和含氧官能团数量均得到不同程度的改善,重金属吸附性能有效增强,以改性椰壳炭最为显著。添加改性生物炭能提高土壤pH并改善土壤结构,当其用量>5%时,土壤阳离子交换量和有机质含量分别提高了15.89 g/kg和5.28 cmol/kg,土壤自身对养分及重金属的固定能力得到了显著提升。改性生物炭-土壤体系主要通过离子交换、络合反应和共沉淀反应等促使土壤有效态Pb、Cd向其潜在活化形态和残渣态转化,转化程度与钝化培养时间和改性生物炭用量呈正相关。受元素特性和竞争吸附作用的影响,土壤Pb     

生物炭修复污染土壤的研究进展

生物炭是一类在低氧或缺氧条件下烧制而成的黑色固体有机物质,具有丰富的碳含量及含氧官能团.随着生物炭在土壤改良方面的广泛应用使其在土壤污染修复上得到大量关注并逐渐成为研究热点.文章从生物炭对土壤重金属、有机污染物的修复和对土壤生态的影响方面展开论述,对生物炭单一施用和复合施用以及同其他修复方法联用对土壤污染修复效果做出总...     

磁性生物炭及其老化后对Cd2+的吸附性能影响

磁性生物炭(FBC)是一种具有良好吸附性能且可实现磁分离的吸附材料,但制备过程磁性前驱体用量及老化作用是否影响其结构和吸附重金属的能力却鲜有研究。以水稻秸秆和铁盐为原料制备不同铁炭质量比(1∶4、1∶2和1∶1,记作FBC-4、FBC-2、FBC-1)的FBC,比较其表面形态、官能团等理化性质,以及对Cd²⁺的吸附性能的差异;利用自然老化和高温老化2种物理方法研究老化作用对磁性生物炭理化性质和吸附性能的影响。结果表明：与普通生物炭(BC)相比,FBC具有更大的比表面积和孔容,含氧官能团数量增多,并且出现Fe—O的特征峰,FBC-4、FBC-2、FBC-1的饱和磁化强度随着单位生物炭载铁量增加而增大,分别为0.64、2.21和17.69 A·m²/kg;BC和FBC对Cd²⁺吸附等温线和动力学曲线均符合Langmuir方程和准二级动力学方程,拟合出的平衡吸附量和理论最大吸附量关系为FBC-1>FBC-4>FBC-2>BC,即磁改性可以提高对Cd²⁺的平衡吸附量,且FBC-1对Cd     

磷酸改性水生植物生物炭吸附微囊藻毒素-LR及其影响因素

将水生植物制成生物炭是水生植物资源化利用的新方式,本研究将两种水生植物苦草和狐尾藻在不同温度下热解制备生物炭并用磷酸进行改性,探究了生物炭对水中微囊藻毒素（以MC-LR为例）去除的影响,并研究了其对MC-LR的吸附动力学及影响因素.同时,采用扫描电镜、元素分析、比表面及孔径分析、FTIR和XPS对生物炭进行表征.结果表明,生物炭表面含有丰富的含氧官能团,更高热解温度制备的生物炭具有更丰富的孔隙,对MC-LR的去除率也更高.生物炭对MC-LR的吸附符合准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型.离子强度对生物炭吸附的影响较小,而较高的pH、较大分子量的DOM会抑制吸附.磷酸改性能提高生物炭的吸附性能,并且减弱pH和DOM对生物炭吸附效果的影响.综上,利用水生植物制备的改性生物炭可用于吸附MC-LR,为控制水体中的微囊藻毒素污染提供了新的思路和理论依据.