紫外辐照引入含氧官能团对生物炭吸附气体和水中苯的影响

以椰壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照增加吸附剂表面含氧官能团,探究其对生物炭吸附气体和水中苯的影响.理化表征和吸附实验结果表明,生物炭表面含氧官能团增加后,对气体中苯的吸附量提高9.25倍,而对水中苯的吸附量却降低14.64%.生物炭对气体中苯的吸附过程符合Elovich动力学模型,而对水中苯的吸附过程符合准二级动力学模型.含氧官能团的引入使生物炭对气体和水中苯的等温吸附过程从符合Freundlich模型变为符合Langmuir模型.Weber-Morris模型分析认为,增加含氧官能团,可增强生物炭对气体中苯的表面吸附速率,却阻碍了苯从水中向吸附剂颗粒内扩散的过程,水分子与苯竞争吸附是导致生物炭对水中苯吸附量降低的主要原因.     

生物炭对氮磷物质的吸附作用机制研究

为探究生物炭对氮磷物质吸附作用机制,该文通过研究生物炭对氮磷纯溶液pH和可溶性物质(TDS)的影响规律,分析生物炭对氮磷吸附效果及作用机制。结果表明:添加生物炭的氮溶液pH和TDS高于未添加生物炭,生物炭对氮磷溶液pH和TDS的影响受溶液浓度和炭添加量共同影响。杨木炭对正磷酸盐去除率随溶液浓度增大而增大,生物炭对铵态氮去除率随炭添加量的增加而增大,较高的溶液浓度和生物炭量不利于生物炭对硝态氮的吸附。生物炭对氮磷吸附受溶液特性、炭特性、溶液浓度和炭添加量等多种因素影响,竹炭可用于对可溶性氮的吸附去除,杨木炭可用于对可溶性氮和正磷酸盐的吸附去除。     

煤矸石改性生物炭吸附水体中磷酸盐性能研究

水体中磷的去除对控制水体富营养化具有非常重要的意义。本研究通过以固体废弃物煤矸石和秸秆为原料,制成生物炭复合材料并应用于水溶液中磷酸根的吸附。利用SEM、Zeta电位测量等分析手段对其理化性质进行表征,并对不同的影响因素进行了分析研究以确定最佳的吸附条件。在此基础上,采用不同吸附动力学和吸附等温模型对生物炭的吸附行为和机理进行了研究。结果表明,用煤矸石改性秸秆类生物炭,使生物炭性质都发生改变,比表面积、Zeta电位、电导率、产率及吸附量都显著增加,吸附条件筛选时得到700℃生物炭单位吸附量高于450℃生物炭,改性生物炭单位吸附量高于原始生物炭,油菜生物炭单位吸附量大于水稻生物炭,酸性条件下单位吸附量与溶液pH值呈负相关,因此选择改性油菜生物炭在700℃热解,采用2.5 g/L投加量吸附pH为4的溶液中磷酸根的吸附条件效果最好,单位吸附量为7.08 mg/g,吸附过程符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附模型,此吸附过程以化学吸附为主,属单分子层有利吸附。本研究开发了一种利用固体废弃物制备新型生物炭基复合材料的方法,该材料具有成本低廉、操作简单、效果显著的特点。     

生物炭对水中五氯酚的吸附性能研究

利用小麦秸秆和花生壳在300,400,600℃条件下制备生物炭,运用元素分析仪、扫描电镜和比表面积仪对生物炭的理化性质进行表征,同时探讨其对水中五氯酚(PCP)的吸附特性.结果表明,随炭化温度升高,生物炭芳香性增加,极性降低.花生壳生物炭对水中PCP的吸附效果优于小麦秸秆生物炭,3种温度制备的生物炭对PCP吸附量表现为400℃>600℃>300℃.随着生物炭添加量增大,水中PCP去除能力由81.79%提高至89.02%,生物炭的吸附量由30.32减小至5.54mg/g.生物炭对PCP的吸附动力学更符合准二级动力学方程,吸附等温线符合Freundlich方程.吸附过程主要受快速反应控制,降低反应温度有利于生物炭对水中PCP的吸附.     

土壤重金属钝化修复剂生物炭对镉的吸附特性研究

目前以生物炭为代表的生物质对重金属的吸附表现出良好的应用前景.为确定生物炭对溶液中镉的吸附性能,选用由棉花秸秆制备的生物炭,研究吸附等温线、吸附动力学以及温度、pH和离子强度等对生物炭吸附Cd2+的影响.研究表明,生物炭对Cd2+的吸附可以用Freundlich等温线较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为9.738 mg.g-1(288.15 K)、10.14 mg.g-1(298.15 K)、10.40 mg.g-1(308.15 K)和10.71 mg.g-1(318.15 K),热力学参数表明生物炭吸附Cd2+的过程是自发的吸热过程;吸附动力学过程符合二级动力学模型,在40 min即可达到平衡;pH对生物炭吸附Cd2+的影响较大,在pH2～8范围时,生物炭对Cd2+的吸附量随pH的增加先上升后下降;生物炭对Cd2+的吸附量随着溶液离子强度的增大呈降低趋势.该项研究可为生物炭在土壤重金属污染修复中的应用提供一定的理论基础.     

水生植物制生物炭对硝态氮的吸附规律研究

为在高纬度地区秋季温度条件下研究一种高效以及低值的技术去移除人工湿地中的硝酸盐氮,在秋季人工湿地中收集水生植物枯落物芦苇以及香蒲制备生物炭,并利用盐酸进行改性.通过序批实验,研究了改性水生植物生物炭对硝酸盐氮的吸附性能及影响因素,探讨了其吸附机理.结果表明,经盐酸改性的芦苇生物炭MRB与香蒲生物炭MCB表面均带正电荷,Zeta电位分别为+5.46mV与+2.31mV.MRB与MCB对硝酸盐氮吸附行为更符合准二级动力学方程(R~20.99),等温吸附曲线更好拟合Freundlich方程(R~20.98).MRB及MCB对硝酸根的最大吸附量Q_m分别为14.6661mg/g与5.5559mg/g.批量吸附实验也表明,溶液初始pH和共存阴离子会影响改性水生植物生物炭吸附硝酸盐.改性水生植物生物炭可以有效地去除来自于在秋季高纬度地区人工湿地污水中的硝酸盐.     

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).     

MgO改性莲蓬壳生物炭的制备及其磷吸附特性

为了研究生物炭作为磷吸附剂的潜在应用特性,本文通过将MgO与莲蓬壳混合物快速热解制备纳米MgO-生物炭吸附剂.采用XRD、BET、SEM和TEM对其理化特性进行表征,并进行了吸附实验.结果表明,MgO主要以薄片状和颗粒状的形态负载在炭表面,使吸附活性位点增加,MgO-生物炭MBC3吸附量是未负载MgO生物炭MBC1的14倍,热解通10%CO_2载气,MBC9的吸附量进一步增加为MBC1的16倍.准二级动力学能更好地描述吸附过程,磷酸根在MgO-生物炭上的吸附是以化学吸附为主导.MBC3和MBC9的Langmuir最大吸附量分别可达到283. 26 mg·g~(-1)和297. 96 mg·g~(-1). MgO-生物炭是一种高效的磷吸附剂,可用来治理水体富营养化问题.     

生物炭对西北黄土吸附壬基酚的影响

以壬基酚(nonylphenol,NP)为目标污染物,采用批量实验法研究其在添加不同温度制备的小麦秸秆生物炭的黄土中的吸附动力学、吸附热力学,以及粒径、pH等影响因素.结果表明,不添加生物炭黄土吸附NP的快反应时间为10 h,而加入生物炭后,黄土对NP吸附的快反应时间缩短,为6 h;且快反应阶段添加生物炭黄土明显比不添加生物炭黄土对NP的吸附量多,但碳化温度不同的生物炭在此阶段吸附量差别较小.黄土和添加生物炭黄土对NP的吸附平衡时间均为16 h且符合准二级动力学模型.无论是否添加生物炭,NP在黄土上的热力学吸附过程都较好地符合Freundlich等温吸附模型,符合L-型吸附等温模式;随着系统温度的升高,黄土和添加生物炭的黄土对NP的饱和吸附量都呈增大趋势;NP的吸附自由能ΔGθ0,焓变ΔHθ0,熵变ΔSθ0,表明此吸附是一个自发吸热且混乱程度增大的吸附过程.在同一温度下,随着生物炭碳化温度的升高,NP在添加生物炭黄土中的吸附量逐渐增大.添加生物炭黄土的粒径越小,对NP的吸附量越大.pH值为4~7时,添加生物炭黄土吸附量随pH值的增大而增加;pH为7~10时,吸附量又随pH值增大而减小;表明添加生物炭黄土在中性范围内对NP的吸附效果最好,酸性和碱性都不利于NP的吸附.     

花生壳和玉米芯生物炭对亚甲基蓝的吸附性能

选择花生壳和玉米芯为原材料分别在700℃和450℃条件下制备生物炭,考察了亚甲基蓝初始浓度、生物炭投加量、温度和pH对生物炭吸附亚甲基蓝的影响,并对吸附动力学和等温吸附特征进行了探讨。结果表明,生物炭投加量的增加使其对亚甲基蓝的吸附量下降,而去除率升高;提高亚甲基蓝初始浓度、反应体系温度和pH均会使生物炭对亚甲基蓝的吸附量增高; 4种生物炭对亚甲基蓝的吸附动力学过程均能被准二级动力学方程很好地拟合(R~2=0.992～0.999),吸附过程以化学吸附为主要控制步骤; 4种生物炭对亚甲基蓝的吸附更适合用Langmuir方程描述(R~2=0.992～0.995),PSB700、PSB450、CCB700和CCB450对亚甲基蓝的理论最大吸附量Q_(max)分别为10.247mg/g、6.449mg/g、7.919mg/g和2.860mg/g,吸附能力由大到小为PSB700 CCB700 PSB450 CCB450。     

添加小麦秸秆生物炭对黄土吸附苯甲腈的影响

选择苯甲腈为目标污染物,研究添加不同热解温度制备小麦秸秆生物碳对黄土吸附苯甲腈的影响. 研究表明:不加生物炭黄土对苯甲腈的吸附约8h达到平衡,而加入生物炭后,黄土对苯甲腈的吸附时间缩短,并随着加入生物炭热解温度的升高,吸附平衡时间缩短越明显,同时,黄土对苯甲腈的饱和吸附量也显著增加;添加生物炭黄土对苯甲腈的动力学吸附数据显示较好的符合了准二级动力学方程;无论是否添加生物炭,苯甲腈在黄土上的吸附都符合Freundlich吸附的等温模型,随系统温度升高,添加生物炭黄土对苯甲腈的饱和吸附量也显著增加,表明该吸附过程为吸热反应;苯甲腈在黄土上的吸附等温线符合C-型吸附等温模式. 计算结果显示,平均吸附自由能E介于1.865~3.171kJ/mol,表明苯甲腈在黄土上的吸附,无论是否添加生物炭,都以物理吸附为主;热力学参数计算结果显示,无论是否添加生物炭,黄土对苯甲腈的吸附过程中吉布斯自由能ΔG^θ均小于0、熵变ΔS^θ和焓变ΔH^θ均大于0,表明土壤对苯甲腈的吸附为自发进行的吸热过程. 研究结果说明,添加生物炭黄土对苯甲腈的吸附过程包含表面吸附和颗粒内部扩散、外部液膜扩散等机制.     

载镁生物炭对水体中磷酸盐和植酸的吸附性能及机理分析

水体中磷的大量存在引发了水体富营养化,导致水质逐步恶化、黑臭。为了有效处理水体中的磷(主要有磷酸盐和植酸类),采用成熟竹子为原料、氯化镁为改性剂,以氮气热解法制备载镁生物炭,对水体中磷进行吸附研究,同时实现对生物炭的资源化利用。通过载镁生物炭对无机、有机磷在水体中的动力学实验和解析实验,并结合X射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱等技术研究了载镁活性炭对磷酸盐及植酸的吸附性能及机理。结果表明:载镁生物炭对两种类型磷的吸附量较单一生物炭均显著提高,对磷酸盐和植酸的吸附平衡量分别达到105,165 mg/g。载镁生物炭对2种磷的吸附动力学均符合准二级动力学拟合方程,吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程,其对有机磷植酸的最大吸附量高于磷酸盐,吸附过程受多种机理共同作用,以化学沉淀吸附为主。此外,吸附过程中载镁生物炭分别与磷酸盐、植酸生成了针状的磷酸镁水合物和非晶态的含镁磷的复合物。     

添加生物炭对西北黄土吸附克百威的影响

研究了不同温度下制得的生物炭对西北黄土吸附农药克百威的影响,并对溶液p H值和初始浓度对吸附的影响进行了探讨.结果表明,克百威在添加生物炭黄土上的动力学吸附过程较好地符合准二级吸附动力学模型;热力学吸附较好地符合Freundlich等温吸附模型;随着系统温度的升高,添加生物炭的黄土对克百威的吸附量增大,且其对克百威的吸附自由能变(ΔGθ)小于0,吸附焓变(ΔHθ)及吸附熵变(ΔSθ)均大于0,表明吸附是一个自发吸热且体系混乱程度增大的等温吸附过程.溶液p H值和克百威的初始浓度对添加生物炭的土样吸附影响较明显.当p H值为4~7时,添加生物炭的土样饱和吸附量随p H升高呈缓慢降低,当p H值大于7时,吸附容量随p H升高呈明显降低趋势.克百威初始浓度从20 mg·L-1增至50 mg·L-1的过程中,吸附量快速上升,初始浓度大于50 mg·L-1时,吸附量随初始浓度的升高而缓慢增加并逐渐趋于平衡.     

牛粪生物炭对磷的吸附特性及其影响因素研究

以牛粪生物炭为吸附剂,采用平衡吸附法研究了牛粪生物炭对磷的吸附特征.研究了pH值、共存离子、反应温度、投加量、热解温度等对牛粪生物炭吸附磷的影响.结果表明,牛粪生物炭吸附磷的最佳初始pH值为7.0;共存离子的存在对生物炭吸附磷的影响有限;反应温度升高不利于磷的吸附;当投加量为0.1g时,对磷的去除率较为理想;热解温度升高不利于对磷的吸附.通过对实验数据进行动力学、吸附等温线及热力学分析,发现牛粪生物炭对磷的吸附动力学数据符合拟二级吸附动力学方程,Langmuir-Freundlich(R2=0.9705)和Temkin(R2=0.9556)方程能很好地描述磷在牛粪生物炭上的吸附行为.热力学分析结果显示25,35,45℃下的吉布斯自由能变化(ΔG0)分别为-17.43,-15.98,-15.89kJ/mol,表明牛粪生物炭对磷的吸附是自发的过程.     

不同粒径污泥生物质炭对水体中Zn污染的吸附效应研究

为了探究3种不同粒径的污泥生物质炭(S1:大粒径 0.165 mm;S2:中粒径为0.025～0.165 mm;S3:小粒径0.025 mm)对Zn的吸附效率和固化稳定的机理,以此为污泥生物质炭在水污染控制方面的应用提供科学依据.利用实验室模拟法,研究不同反应时间、溶液初始pH和重金属浓度对生物炭吸附效果的影响,并运用四步萃取法分析生物炭上Zn的吸附形态.结果表明:①生物炭在4 h左右达到吸附平衡,吸附率呈先增加后平缓的趋势,最终吸附量S1S2S3;②溶液初始浓度为0～2 mmol·L~(-1)时Zn~(2+)的吸附量呈线性增长趋势,但随溶液浓度超过2 mmol·L~(-1)时吸附量开始趋于饱和;③3种不同粒径生物炭的水溶性组分Zn分别占总萃取量的1.70%、5.02%和7.47%,可交换态组分分别占25.27%、32.35%和27.29%,酸溶性组分分别占35.06%、38.63%和27.90%,非生物利用组分分别占37.97%、24.00%和37.34%.④污泥生物质炭的动力学吸附特征更符合准二级动力学吸附模型,单位质量的污泥生物质炭粒径越小吸附量越大;⑤污泥生物质炭的等温吸附特征更符合Langmuir模型,小粒径的生物质炭最大吸附量最优;⑥在酸性条件下随着pH的上升污泥生物质炭的吸附率在逐渐增加,碱性条件下吸附率的增加可能是形成锌的络合物沉淀导致的;⑦Zn的吸附形态以酸溶性和非生物利用态为主,水溶性占比较小.污泥生物质炭对Zn的吸附以化学吸附为主,S1吸附的Zn酸溶性组分和非生物利用组分占比最大,吸附效果较为稳定.     

稻壳生物炭吸附无机汞和甲基汞的特征研究

为了探究稻壳生物炭吸附溶液无机汞(Hg²⁺)和甲基汞(MeHg⁺)的特征,研究了不同稻壳生物炭用量和溶液pH对汞吸附的影响,及其吸附动力学和热力学特征。结果表明:当溶液中无机汞浓度为50 mg/L且pH为7.0时,施用50 mg生物炭后,生物炭对无机汞的吸附在18 h后达到平衡且最大吸附量为23.52 mg/g;当溶液中甲基汞浓度为30 ng/L且pH为4.0时,施用20 mg生物炭后,生物炭对甲基汞的吸附量在3 h后达到吸附平衡且最大吸附量为58.54 ng/g。生物炭对无机汞和甲基汞的吸附研究过程均符合准一级、准二级模型,其中准二级模型的拟合效果更好,说明该吸附作用过程更倾向于化学吸附。Freundlich和Langmuir等温吸附模型都能很好的拟合稻壳生物炭对无机汞的等温吸附,而稻壳生物炭对甲基汞的吸附符合Langmuir等温吸附模型。稻壳生物炭对总汞和甲基汞的吸附机制主要为离子交换、静电吸附、沉淀以及络合作用。研究结果可为稻壳生物炭修复汞污染环境提供理论依据。     

不同填料对潜流湿地PO43——P去除效果的影响

为解决中国西部农村生活污水的面源污染问题,采用吸附动力学和热力学试验,测定了6种天然和非天然潜流湿地填料吸附水中PO₄3--P的特性。结果表明:填料的吸附平衡时间均为24 h;对PO₄3--P的动力学吸附过程符合Elovich模型;温度为15~35℃时,砾石、混凝土、红砖、瓷砖和生物炭对PO₄3--P的平衡浓度为40 mg/L;砾石和生物炭对PO₄3--P的吸附过程符合Langmuir模型;混凝土、瓷砖、红砖和无烟煤对PO₄3--P的吸附过程符合Freundlich模型;吸附过程主要以物理吸附为主且吸热,PO₄3--P在填料中的吸附为焓推动作用,均不属于自发过程;在24 h时,混凝土对PO₄3--P的去除率为73.45%;因此,混凝土对PO₄3--P吸附效果最佳,更适宜作湿地填料。     

铁磁性氧化镁生物炭对玉米加工废水中氮磷的回收效果

试验制备了林木废弃物铁磁性氧化镁生物炭（铁镁炭）,并探索其对玉米加工废水中氮、磷的同步去除性能。铁镁炭去除氮、磷反应在120 h内可达到平衡;氮、磷的最大理论吸附量分别为50.4,338.9 mg/g。生物炭表征结果表明:在铁镁炭表面生成了镁氧化物及铁氧化物,氨氮回收主要是化学吸附作用,而磷回收则决定于化学吸附与化学沉淀的共同作用。富集氮磷后的铁镁炭可作为氮磷缓释肥加以利用,且不存在显著的铁释放。     

Adsorption behavior of ammonium by a bioadsorbent - Boston ivy leaf powder

The adsorption behaviors of ammonium ions from aqueous solution by a novel bioadsorbent,the Boston ivy (Parthenocissus tricuspidata) leaf powder (BPTL) were investigated.The SEM images and FT-IR spectra were used to characterize BPTL.The mathematical models were used to analyze the adsorption kinetics and isotherms.The optimum pH range for ammonium adsorption by BPTL was found to be 5-10.The adsorption reached equilibrium at 14 hr,and the kinetic data were well fitted by the Logistic model.The intraparticle diffusion was the main rate-controlling step of the adsorption process.The high temperature was favorableto the ammonium adsorption by BPTL,indicating that the adsorption was endothermic.The adsorption equilibrium fitted well to both the Langrnuir model and Freundlich model,and the maximum monolayer adsorption capacities calculated from Langmuir model were 3.37,5.28 and 6.59 mg N/g at 15,25 and 35℃,respectively,which were comparable to those by reported minerals.Both the separation factor (RL) from the Langmuir model and Freundlich exponent (n) suggested that the ammonium adsorption by BPTL was favorable.Therefore,the Boston ivy leaf powder could be considered a novel bioadsorbent for ammonium removal from aqueous solution.     

Adsorption behavior of ammonium by a bioadsorbent – Boston ivy leaf powder

The adsorption behaviors of ammonium ions from aqueous solution by a novel bioadsorbent, the Boston ivy (Parthenocissus tricuspidata) leaf powder (BPTL) were investigated. The SEM images and FT-IR spectra were used to characterize BPTL. The mathematical models were used to analyze the adsorption kinetics and isotherms. The optimum pH range for ammonium adsorption by BPTL was found to be 5–10. The adsorption reached equilibrium at 14 hr, and the kinetic data were well fitted by the Logistic model. The intraparticle di usion was the main rate-controlling step of the adsorption process. The high temperature was favorable to the ammonium adsorption by BPTL, indicating that the adsorption was endothermic. The adsorption equilibrium fitted well to both the Langmuir model and Freundlich model, and the maximum monolayer adsorption capacities calculated from Langmuir model were 3.37, 5.28 and 6.59 mg N/g at 15, 25 and 35°C, respectively, which were comparable to those by reported minerals. Both the separation factor (RL) from the Langmuir model and Freundlich exponent (n) suggested that the ammonium adsorption by BPTL was favorable. Therefore, the Boston ivy leaf powder could be considered a novel bioadsorbent for ammonium removal from aqueous solution.