生物炭对极性与非极性有机污染物的吸附机理

以玉米秸秆为原料,分别在200、400、600、700℃下制备了不同性质的生物炭,对其性质进行了表征.研究了极性物质普萘洛尔和非极性物质萘在生物炭上的吸附,并对不同物质的吸附机理进行了探讨.结果表明,随裂解温度的升高,生物炭芳香性增强,极性降低,比表面积增大.普萘洛尔和萘的吸附都随生物炭裂解温度的升高而增大,普萘洛尔的lgKoc由3.10(低平衡浓度3 mg·L~(-1))和2.88(高浓度10 mg·L~(-1))增加到3.89和3.67;萘的lgKoc由2.74(低平衡浓度3 mg·L~(-1))和2.65(高浓度15 mg·L~(-1))增加到4.59和4.05.疏水分配作用对萘在低温生物炭上的吸附起主要作用,而随裂解温度升高,表面吸附和孔填充所占贡献逐渐增强.除了以上机理,普萘洛尔还可通过静电吸引进行吸附,而且在BC200上,由于大量极性官能团的作用,有利于静电吸附,其对普萘洛尔的吸附显著大于对萘的吸附;而且存在分子的倾斜吸附或多分子层吸附,单位表面积的吸附量远远大于单分子层吸附预测值.而在高温生物炭上,由于萘的分子较小而憎水性较高有利于孔填充作用,其对萘的吸附大于对普萘洛尔的吸附.     

秸秆-污泥复合基活性炭的制备及其对1,2,4-酸氧体的吸附特性

以污水处理厂剩余污泥与芦苇秸秆为原料,采用化学活化和高温热解的方法制备了秸秆-污泥复合基活性炭,研究了其各项性质及对1,2-重氮氧基萘-4-磺酸(1,2,4-酸氧体)的吸附性能.结果显示,当污泥与秸秆的质量比为4∶1时,经0.5 mol.L-1的KOH活化并且600℃高温炭化后,复合基活性炭的比表面积和含碳量分别为558.1 m.2g-1和58.9%,比污泥基活性炭提高了9.2%和4.6%,掺杂秸秆能有效提高污泥制备活性炭的比表面积和含碳量;扫描电镜观察显示,复合基活性炭表面呈多孔状.热分析研究发现复合基活性炭前躯体的高温热解过程主要伴随低温区域的脱水以及高温区域的造孔,其800℃热解时的烧失率为43%;N2吸附脱附曲线表明添加秸秆有利于增加活性炭微孔及中孔数量;在25℃下对酸氧体的吸附等温线结果显示,经秸秆掺杂的复合基活性炭其吸附性能明显提高,最大吸附量为56.4 mg.g-1,而同等条件下污泥基活性炭的最大吸附量仅为20.4 mg.g-1,表明复合基活性炭对该染料具有较好的吸附性能.从而本研究也为更好地实现污泥的资源化利用提供了一条有效途径.     

生物炭对水溶液中肉桂酸的吸附机制研究

研究了不同温度(300—900℃)制备的杉木生物炭对水相中肉桂酸的吸附.所有温度下,生物炭对肉桂酸的吸附等温线都呈非线性关系,并以表面吸附为主.高比表面积是800—900℃生物炭吸附量较大的主要因素.为探明生物炭的化学组成对肉桂酸吸附的影响,将吸附量进行了比表面积标化分析,结果表明,300℃生物炭的高含量异质性原子和800—900℃生物炭表面高含量灰分占用了生物炭的吸附点位,导致它们对肉桂酸的标化吸附量明显小于400—700℃生物炭.此外,低pH抑制了600℃生物炭-水溶液中肉桂酸的解离,减少了生物炭表面—OH与解离肉桂酸之间以氢键结合的吸附量,导致400—700℃生物炭中600℃生物炭的标化吸附量最低.研究明确了生物炭的不同性质对肉桂酸吸附的影响及机制,为选择合适的生物炭作为土壤添加剂来降低肉桂酸化感作用提供了科学依据.     

皇竹草生物炭的结构特征及对重金属吸附作用机制

本研究以皇竹草秸秆为生物质原料,在不同温度(400—700℃)下利用限氧热解法烧制一系列秸秆生物炭.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱对所得生物炭样品进行分析,结果表明,500℃可使皇竹草秸秆生物炭充分热解,所得的生物炭晶体构成主要由半晶体结构涡轮层碳和一些矿物晶体组成,表面含有芳香类化合物、不饱和的醚类物质、无定形碳和C—C、C—O、C—OH等官能团.吸附实验表明,不同热解温度的皇竹草秸秆生物炭对混合重金属(Cr(Ⅵ)、Cu~(2+)、Cd~(2+))的吸附效果差异显著.在EDTA共存的条件下,皇竹草秸秆生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附量远高于Cu~(2+)、Cd~(2+),其中500℃下热解得到的生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附量达1.525 mg·g-1,而对Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附量约在0.05—0.15 mg·g-1.p H影响实验表明,在酸性条件(p H 1—4)下有利于Cr(Ⅵ)的吸附,其吸附量最高可达1.836 mg·g-1,在碱性条件(p H 9—13)下有利用于Cu~(2+)的去除,其吸附量最高可达0.836 mg·g-1.Cu~(2+)和Cd~(2+)在生物炭的吸附作用主要发生在C—C/C—H、C—O/C—OH等官能团上,重金属与生物炭中C—O官能团中的氧原子可能存在配位作用.     

凹凸棒土负载铁盐吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附性能

研究凹凸棒土负载铁盐吸附剂的制备及其对As(Ⅴ)的吸附性能.考察了pH、凹凸棒土热改性温度、粒度、铁盐浓度等因素对吸附As(Ⅴ)性能的影响.结果表明,热改性温度为600℃的凹凸棒土负载铁盐吸附剂吸附As(Ⅴ)效果比200℃和400℃都好,其对As(Ⅴ)的吸附行为符合Freundlich模型.当pH值6.0时,600℃热改性200—400目的凹凸棒土负载0.5 mol·L-1Fe(NO3)3吸附剂的最大吸附量为1.1669 mg·g-1,重复使用时性能稳定,具有处理含As(Ⅴ)废水的应用前景.     

三维多孔生物炭吸附剂的制备及其对菲的吸附行为

以生活中常见的丝瓜络为原材料,在氮气保护和不同温度(600、700、800、900℃)的条件下热解制备了三维多孔丝瓜络生物炭(LSBC600、LSBC700、LSBC800、LSBC900)。表征了丝瓜络生物炭的理化性质,通过动力学吸附实验和等温线吸附实验研究了不同热解温度条件下制备的丝瓜络生物炭对菲的吸附动力学特征和吸附等温线特征,探讨了可能的吸附机理,评估三维多孔生物炭对菲的去除能力,为水生态系统保护和饮用水安全提供科学依据。结果表明,热解温度会影响生物炭的表面官能团组成,进而影响其芳香性。丝瓜络生物炭呈现多管束堆叠的三维多孔结构,随着热解温度的升高,挥发性物质减少,丝瓜络生物炭的表面变得粗糙,比表面积增大,芳香结构增加;LSBC900的比表面积达到了467 m²·g^-1。吸附动力学结果说明,丝瓜络生物炭对菲的吸附是复杂和多阶段的,主导吸附速率的是液膜扩散过程,其次是颗粒内扩散过程。在600-900℃范围内,随着热解温度的升高,丝瓜络生物炭对菲的平衡吸附量升高,吸附速率加快。吸附等温线结果说明,热解温度升高可以提高丝瓜络生物炭对菲的吸附容...     

生物炭基针铁矿复合材料对水中莠去津吸附特性研究

以牛粪和水稻秸秆为原料,分别在300℃和500℃条件下制备生物炭,同时通过共沉淀方法制备生物炭基针铁矿复合材料,研究生物炭及生物炭基复合材料对水中莠去津吸附特征。SEM和XRD分析结果表明,复合材料表面粗糙程度增加,2θ在21.2°、33.4°、36.6°、47.6°处出现针铁矿的特征衍射峰,生物炭基针铁矿复合材料制备成功。通过对吸附动力学和等温吸附平衡分析发现,生物炭对莠去津的吸附行为更符合准二级动力学方程,等温吸附过程符合Freundlich模型(r~2为0.925—0.996)。在25℃条件下,莠去津在300℃和500℃条件下制备的针铁矿负载牛粪生物炭上的吸附量分别是原生物炭上吸附量的1.59倍和2.99倍,在针铁矿负载水稻秸秆生物炭上的吸附量分别是原生物炭上吸附量的2.02倍和1.73倍。比表面积和孔结构数据显示,生物炭基复合材料的比表面积是原生物炭材料的4.41—20.8倍,制备生物炭材料的孔结构以中孔为主。莠去津在生物炭上的吸附大体表现为吸热的自发过程。对不同材料制备的生物炭及与生物炭基复合材料吸附性能进行对比,结果表明水稻秸秆制备的生物炭对莠去津的吸附性能优于牛粪制备的生物炭,生物炭基针铁矿复合材料对莠去津的吸附效果优于原生物炭。随制备温度的升高,相同材料生物炭对莠去津吸附性能略有增加。研究结果可为生物炭及生物炭基针铁矿复合材料去除水中莠去津的应用提供理论依据。     

水稻秸秆生物炭对异丙甲草胺的吸附和缓释作用

以控制除草剂污染为目标,对水稻秸秆进行低温(200和350℃)限氧热解制备生物炭,考察其对异丙甲草胺的吸附和缓释作用。结果表明,热解温度为350℃时制备的生物炭(D350)比表面积为23.2 m2·g-1,对异丙甲草胺的吸附能力明显高于秸秆原料,与200℃时制备的生物炭(D200)接近。但是,D350生物炭对异丙甲草胺的表面吸附作用更强,且脱附滞后指数(5.35)明显高于D200生物炭(2.07),脱附滞后效应更明显。以生物炭为载体制备的颗粒制剂可延缓除草剂释放,水中释放动力学模型参数nr值接近Fickian扩散模型的0.50,且释放50%活性成分所需时间(t50)与脱附滞后指数呈正相关。     

不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd2＋和Pb2＋的吸附特性

选择由小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳经350-500℃热裂解制成的生物质炭,研究生物黑炭对水溶液中Cd2＋和Pb2＋的吸附特性,分析了pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度、生物质炭粒径和投加量对吸附效果的影响。结果表明：生物质炭对Cd2＋和Pb2＋的吸附约10 min即达平衡;3种生物质炭对Cd2＋和Pb2＋的等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,玉米秸秆炭对Cd2＋和Pb2＋的最大吸附量远大于小麦秸秆炭和花生壳炭;在生物黑炭投加量为150 mg（6 g.L-1）时,3种生物黑炭对溶液Cd2＋的去除率均在90%以上,玉米秸秆炭对溶液Pb2＋的去除率达90.30%,而小麦秸秆炭和花生壳炭的去除率仅为52%和47%,玉米秸秆炭有望成为处理重金属污染废水的新型吸附材料。     

薏仁米秸秆生物炭对水中Hg~(2+)的吸附特性及机制

农业废弃物资源化利用和无害化处理是实现农业可持续发展和发展循环经济的有效途径,对薏仁米(Semen Coicis)秸秆制备生物炭吸附剂,实现有机固体废弃物资源化利用,解决重金属废水处理难题,以薏仁米秸秆为原料,采用快速热解法制备生物炭。为探明不同温度下制备的薏仁米秸秆生物炭对重金属Hg~(2+)的去除机制及机理,并用扫描电子镜-能谱分析法(SEM-EDS)、傅立叶变换红外光谱法(FT-IR)、氮吸附法(BET)、X射线光电子能谱法(XPS)脱附对制备的生物炭进行了表征,研究其对水中Hg~(2+)的吸附特性及机制。通过结果表明,随裂解温度的升高,生物炭的孔径尺寸逐渐增大,表面极性官能团逐渐减少,比表面积、孔隙容积呈现先增加后减小的趋势。薏仁米秸秆生物炭具有丰富的蜂窝状孔结构和-COOH、-OH等表面活性基团。生物炭对质量浓度小于100 mg·L~(-1)溶液中Hg~(2+)的去除率大于92%,且生物炭对Hg~(2+)的去除率主要发生在前1 h吸附时间内,然后趋于平衡;随添加量的增加,生物炭对Hg~(2+)去除效率呈现先增加后减小的趋势,含量为2 g·L~(-1)时生物炭对水中Hg~(2+)的去除效率最高,且700℃制备的生物炭对Hg~(2+)的去除效率最高,最大吸附量可达235.3mg·g~(-1)。吸附平衡等温线和吸附动力学结果表明,薏仁米秸秆生物炭对Hg~(2+)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学吸附模型,其对Hg~(2+)的吸附为单层吸附;结合X射线光电子能谱和立叶变换红外光谱,吸附作用机制主要以共沉淀和表面络合为主,Hg-π非共价相互作用为辅的形式结合机理。