铁修饰生物炭的制备及在砷污染土壤修复中的应用

生物炭因具有较大的孔隙度、比表面积以及较强的吸附能力等优点,在环境污染修复、土壤改良和固碳方面应用广泛.由于大多数生物炭表面带有负电荷,而土壤中的无机砷主要以砷酸盐和亚砷酸盐等阴离子形式存在.因此,生物炭对砷的吸附效率通常较低,需要对生物炭进行改性以提升其对砷的吸附效果.零价铁和氧化铁等铁基材料对砷吸附能力强且来源广泛,通过沉淀法、热解法、球磨法和微生物法等方法将铁基材料与生物炭负载形成铁修饰生物炭,可将二者的优良特性相结合,拓展生物炭材料在环境修复中的应用.在对近年来有关铁修饰生物炭的文献进行系统分析的基础上,综述了常见的铁修饰生物炭的制备方法,比较分析了生物炭基底、铁修饰材料以及两者对砷的协同作用机制,并简要阐述了铁修饰生物炭在土壤污染修复中的应用现状,最后对铁修饰生物炭的未来研究方向提出了展望.     

生物炭材料在水体有机污染治理中的研究进展

随着工农业的发展,大量有机物被排入水体,造成水生生态系统严重破坏。生物炭及其改性材料以其优良的理化特性,在水处理中发挥着越来越重要的作用。该文分别从去除机理、影响因素、改性方法等方面进行了总结分析,对在应用过程中存在的问题进行了探讨,指出低成本高吸附性能新型生物炭的研发、生物炭与催化剂及微生物联合应用技术的深入研究以及生物炭对新型污染物去除机理研究等将会成为今后生物炭在污染治理领域的研究重点。通过对生物炭及其改性材料在水体有机污染处理中研究进展的综述,以期为生物炭及其改性材料在水处理中的应用提供有价值的借鉴和参考。     

生物炭的制备及其在强化电子传递和催化性能等方面的研究进展

生物炭作为一种重要的碳质固体材料,其来源广、成本低、性质优良,在土壤改良和环境治理等领域得到广泛应用.该文主要分析总结了不同原料和制备条件对生物炭性质的影响以及生物炭在电子传递与催化等方面的重要作用.结果表明:生物炭的性质、产率等与制备原料和热解参数（热解温度、反应停留时间和加热速率等）等密切相关;相比快速热解,高温慢速热解更有利于生物炭产率和性能的提升;通过化学或物理方法对生物炭修饰改性可定向改变生物炭的比表面积、催化性能或吸附能力;生物炭中大量的表面含氧官能团、持久性自由基使其具备独特的氧化还原特性（如电子传递、催化氧化等）,广泛应用于能源回收以及污染物降解去除等环境领域.该文从生物炭性能的优化提升、环境应用效能的影响因素和关键作用机制,以及生物炭的回收和再生利用等经济效益方面进行了总结和展望,为后续生物炭在环境领域的进一步应用提供了思路,具有重要的科研价值和现实意义.      

改性生物炭在Cd(Ⅱ)污染修复中的研究进展

水溶液以及土壤中Cd(Ⅱ)污染会导致水产品、农林产品中Cd(Ⅱ)富集，对人体健康造成严重损害。生物炭是在低氧条件下加热生物质而产生的富含碳的多孔固体，被认为是环境友好的吸附剂，广泛应用于Cd(Ⅱ)的去除中。为了提高生物炭的安全性、高效性以及可重复性，选择对生物炭进行改性处理，改性后的生物炭相比原始生物炭具有更大的比表面积和更丰富的表面官能团，在对Cd(Ⅱ)的去除中更具优势。因此，该文综述了近10年改性生物炭对水溶液以及土壤中Cd(Ⅱ)的去除研究，主要包括不同改性方法对Cd(Ⅱ)的去除效果以及相关机理，并且对未来的研究方向进行了展望。     

煤粉灰在废水处理中的应用实验研究

煤粉灰属于高温燃烧后产物,比表面积大,多孔结构,拥有某种吸附功能,可以充当相应的水处理材料,将其应用到废水处理中满足新时期的绿色环保发展要求,能够提升废水处理效果.文章先分析了煤粉灰在废水处理中的操作原理、处理废水中的具体应用策略,随后进行了煤粉灰在处理陶化废水、造纸废水的应用实验研究.最后分析改性煤粉灰应用措施,希望...     

基于Meta-analysis的生物炭对土壤硝态氮淋失和磷酸盐固持影响

如何控制农业土壤硝态氮和磷酸盐淋失及其所导致的面源污染是人类社会当前面临的一个重要的全球性环境问题.生物炭因其在土壤改良方面表现出的巨大潜力而备受关注,针对其应用对土壤养分保持、利用的影响也展开了诸多研究.然而,已有的独立实验研究所报道的相关结果之间存在很大的差异,使得生物炭减少土壤硝态氮和磷酸盐淋失的潜在机制以及适宜生物炭制备条件（生物炭类型）等方面尚不明确.基于荟萃分析（MA）方法,通过整合不同文献中的实验结果,系统研究了生物炭对土壤硝态氮淋失和磷酸盐固持影响及其内在机制.总体上,生物炭能够显著减少硝态氮淋失37.1%,显著提高磷酸盐固持20.8%;从各影响因素分组的结果来看,生物炭碳氮比、热解温度和添加率对硝态氮淋失响应具有显著影响;而生物炭比表面积、热解温度和土壤有机碳含量对磷酸盐固持响应具有显著影响.基于MA得到的结果,分别从不同的角度探讨了生物炭降低土壤硝态氮淋失和提高磷酸盐固持的潜在机制.综合上述结果,秸秆和木质类原料、中高温热解温度（400~600℃）条件下制备的生物炭适宜于减少硝态氮的淋失;秸秆和木质类原料、高温热解温度（>600℃）条件下制备的生物炭适宜于提高磷酸盐的固持.研究结果能够为更好地指导生物炭用于控制土壤硝态氮和磷酸盐面源污染的实践应用提供科学理论依据.     

CO2气氛热解与硝酸改性的生物炭Pb2+吸附性能对比

酸改性处理常被用于生物炭的改性过程,但也存在酸消耗量大、废液处理难和成本高等问题.利用热解过程直接改性提高生物炭重金属的去除效果、降低改性成本,是未来实现改性生物炭广泛使用的重要前提.为评估CO₂气氛热解法在生物炭制备和应用方面的优势和潜力,对CO₂气氛热解与HNO₃改性生物炭对Pb²⁺的去除性能进行对比分析.采用元素分析、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对生物炭的元素组成和结构特性进行表征.结果表明,500℃热解条件下,HNO₃改性的生物炭产生了较多的C=O和O=C—O—等羧基类官能团,并引入了—NO₍2(asy))和—NO₍2(sym))基团,提高了生物炭的表面活性和络合能力.CO₂气氛制备生物炭中含有较多的金属碳酸盐,可通过离子交换和共沉淀作用吸附去除Pb²⁺.此外,CO₂改性生物炭具有较大的比表面积和更优的微孔结构,有利于Pb^2+...     

酸/碱改性香蒲生物炭对水中磷的去除及其机制研究

雨水径流中存在的磷污染问题严重威胁生态环境,而传统的雨水径流处理设施,如雨水花园、渗滤沟等,对磷的去除率较低且成本较高.以湿地中收割的香蒲为原材料,酸改性后制备的生物炭（TH7）的除磷效果非常好,明显优于碱改性生物炭（TOH7）：与原生物炭（T7）相比,酸改性生物炭大大提高了磷的去除效率,可从T7的65%提高至94%,而碱改性生物炭无除磷效果.TH7的表面孔隙发达,比表面积高达434.2m²·g^-1,对磷的吸附符合Freundlich模型和伪二级动力学模型,其吸附属于物理化学吸附,具体的机制为孔隙填充、表面化学沉淀、氢键结合.研究表明,以香蒲为原料制备的改性生物炭是一种效果优越的除磷吸附剂,可应用于植草沟、雨水花园等以填料为主要吸附层的径流处理设施中.     

污泥生物炭制备与其对土壤环境影响的研究进展

污泥生物炭由于具有优异的孔隙结构和较大的比表面积,吸附能力强,在环境污染修复、土壤改良和固碳方面得到广泛研究。从污泥生物炭的来源与性质出发,探讨了污泥生物炭施入土壤后对土壤结构改良、营养成分提升等方面的作用机制,分析了污泥生物炭的制备工艺与相应污泥生物炭的特性以及返还土壤的效用状况。通过对作为肥料的污泥生物炭的品质分析,针对性地评价了其安全性及对土壤环境的积极影响,并对存在典型问题的土壤进行归类,从土壤改良需求与污泥生物炭特性适配的角度,为污泥生物炭制备工艺的选择提供指导。污泥生物炭应用对促进污泥资源化利用、实现碳减排具有重要现实意义,优化污泥生物炭制备工艺、客观评价污泥生物炭土地利用环境风险、强化污泥生物炭改性、重视污泥生物炭综合效益评价等是未来重点研究方向。     

生物质炭特性及其对土壤性质的影响与作用机制

生物质炭(biochar)是一种碳含量高、比表面积大、孔隙度高且吸附能力强的土壤改良与修复材料,可通过物理、化学和生物方式作用于土壤,但其影响和作用机制随土壤性质和生物质炭类型不同而异.从生物质炭组成、比表面积和孔隙度、酸碱度及表面官能团等特性与原料和制备工艺关系入手,结合土壤和生物质炭类型,综合阐述了生物质炭添加在改...     

不同种类生物炭对热轧废水净化效果的研究

生物炭因具有精致的微孔结构和巨大的比表面积,丰富的活性官能团,高的化学和生物学稳定性,广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等。本文以玉米秸秆和小麦秸秆为原料制备生物炭,研究其对热轧废水的净化处理效果,通过对比pH值、悬浮物、浊度等指标,得出两种不同生物炭对热轧废水的综合净化效果,找出两种生物炭净化效果的差异,探讨生物炭在实际轧钢污水治理中的使用效果和方法,为进一步研究生物炭在污水处理中的应用提供依据、方法和思路。     

改性生物炭对水环境中抗生素类药物的吸附研究进展

由抗生素滥用引起的药物污染对人类健康和生态系统构成潜在威胁。吸附法是去除水环境中有机污染物的最有效方法之一。生物炭作为一种廉价高效的吸附材料,改性可使其吸附性能显著提升,改性生物炭对抗生素的吸附特性及机理被广泛研究和应用。在对生物炭制备及其改性方法进行回顾的基础上,系统论述了改性生物炭对典型抗生素药物的吸附性能及机制等方面的研究进展,并对生物炭的再生及其经济性进行分析,以期为新型高效生物炭的吸附机制和材料研发提供借鉴。     

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     

酸碱改性生物炭对水中磺胺噻唑的吸附性能研究

以马铃薯茎叶为原料,采用限氧裂解法制备生物炭,通过H2SO4和KOH处理制备酸、碱改性生物炭.应用比表面积法(BET)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)研究了改性前后3种生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究了吸附时间、温度、磺胺噻唑初始浓度、p H值等因素对原始及酸碱改性3种生物炭吸附磺胺噻唑效果的影响,初步探讨了吸附机制.结果表明,3种生物炭对磺胺噻唑的吸附行为符合准二级动力学方程;酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附等温线符合Temkin模型,原炭和碱改性生物炭的吸附等温曲线符合Freundlich模型.酸改性极大的提高了生物炭对磺胺噻唑的吸附能力,最大吸附量为7.69 mg·g-1,是原炭吸附量的2.4倍;溶液p H对3种生物炭吸附磺胺噻唑影响不明显.热力学研究表明,酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附为自发的吸热反应.FTIR分析表明,酸改性生物炭表面有更多含氧官能团,为磺胺噻唑的吸附提供了吸附点.氢键、范德华力及偶极距力作用对生物炭吸附磺胺噻唑起到主要作用.     

改性生物炭材料对稻田原状和外源镉污染土钝化效应

为研究改性处理后的生物炭对镉污染土壤钝化效应,以油菜秸秆制备的生物炭(BC)为原材料,通过不同处理(HNO_3氧化、NaOH碱化、KMnO_4浸渍、FeCl_3浸渍)制备改性炭材料,在室内连续培养试验中,分析了其对原土/外源镉污染土壤的钝化效应.结果表明,原炭及改性生物炭均降低了原状土壤有效态镉含量,其中Na OH和KMnO_4改性的炭材料钝化作用超过50%;在外源污染土壤中,NaOH、KMnO_4、FeCl_3改性炭材料均降低了土壤有效态镉含量,以添加10%的BC-KMnO_4较佳,降低作用超30%,HNO3改性炭却活化了3.8%~24.5%的土壤有效态镉.10%BC-KMnO_4显著降低原状土壤中可交换态镉含量达65.1%,而BC-HNO_3在外源污染土壤中活化可交换态镉含量高达20.2%.原炭及改性生物炭均增加了土壤中有机碳、盐基离子含量;原炭及NaOH、KMnO_4改性生物炭提高了土壤pH,HNO_3改性炭则降低了土壤p H;原状土中有效态镉含量与pH、交换性钠离子含量呈显著负相关,外源镉污染土中有效态镉含量则与pH、有机碳、交换性镁、钾、钠离子含量呈显著负相关.KMnO_4改性生物炭显著提高土壤pH,增加土壤有机碳和盐基离子含量,降低土壤镉活性形态含量,可作为优选的原位钝化修复材料,而HNO_3改性生物炭显著降低了土壤pH,提高了土壤有效态和可交换态镉含量,具有促进土壤镉生物有效性的风险.     

生物炭纳米复合材料去除环境中有机污染物研究进展

近年来,生物炭在环境修复、固碳、土壤改良等方面的得到广泛应用,与纳米材料联合制备的新型生物炭纳米复合材料使原生生物炭的比表面积、孔隙结构、官能团、催化降解能力等方面都有了较大改善,具有更好的可持续性和高效性,对环境中有机污染物具有良好的去除能力。本文介绍了生物炭纳米复合材料的不同制备工艺,重点阐述了生物炭纳米复合材料对不同环境介质中有机污染物的去除机理及应用,为后续生物炭纳米复合材料在环境修复应用的工程化和商业化提供理论依据和技术参考。     

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。     

改性生物炭特性表征及对冶炼厂周边农田土壤铜镉形态的影响

生物炭及其改性材料由于具有较发达的比表面积和孔隙结构、丰富的表面官能团及较强的吸附能力等特性,被作为良好的环境修复材料而成为农田土壤重金属污染修复领域的研究热点.选取稻壳生物炭,采用K₃PO₄、KMnO₄和NaOH进行改性处理,利用扫描电镜（SEM）和红外光谱（FT-IR）等对生物炭表面微观形态与结构进行表征分析,并开展了90 d土壤培养试验,比较分析3种改性生物炭对冶炼厂周边农田复合重金属污染土壤中Cd和Cu的有效性和形态的影响.结果表明,改性后生物炭表面粗糙,比表面积和孔容均有不同程度的增大,其中,NaOH改性生物炭变化最为明显,分别由改性前的4.96 m²·g^-1和0.02 cm³·g^-1增至60.79 m²·g^-1和0.12 cm³·g^-1,孔径变化则与之相反;改性生物炭的官能团吸收特征峰值均发生改变,其中K₃PO₄改性生物炭的变化最为明显.添加不同改性生物炭均能显著提高土壤pH值（P<0.05）,K₃PO₄改性生物炭对土壤pH的增幅最大,为20.5%;K₃PO₄改性生物炭对土壤中Cu和Cd的有效态含量的影响也最为明显,分别降低了75.44%和67.70%;土壤中Cu和Cd的水溶态、可交换态和碳酸盐结合态比例均降低,其中K₃PO₄改性生物炭对Cu和Cd的钝化效果最好,添加量为2%时,钝化效率分别为61.06%和4.12%,Cu的钝化效率远高于Cd.综上所述,K₃PO₄改性生物炭对复合污染土壤中Cu和Cd具有较强的钝化效果.     

改性水稻生物炭对水体中Sb(Ⅲ)的吸附

采用铁、锰对水稻秸秆生物质碳（BC）进行改性,将制备所得的锰改性生物碳（Mn-BC）和铁锰改性生物碳（Fe-Mn-BC）作为吸附剂,用于对水中Sb （Ⅲ）的吸附实验.通过全自动比表面积及孔隙度分析仪（BET）、扫描电子显微镜（SEM）对吸附剂的表面性质进行研究,在吸附最佳pH值和投加量条件下开展等温吸附、动力学吸附及体系共存阴离子影响实验,探究改性生物炭的再生吸附能力,最后利用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）探究Mn-BC和Fe-Mn-BC对Sb （Ⅲ）的吸附机理.结果表明：改性生物炭具有更大的比表面积及总孔容积.BC在pH值为2,Mn-BC和Fe-Mn-BC在pH值为4,投加量为2.5g/L,25℃条件下,BC、Mn-BC和Fe-Mn-BC的最大吸附量分别为5.08,11.45,29.45mg/g.BC对Sb （Ⅲ）的吸附主要为物理吸附,Mn-BC和Fe-Mn-BC对Sb （Ⅲ）的吸附为化学兼具物理吸附.Mn-BC吸附Sb （Ⅲ）受F^-、HCO₃^-和H₂PO₄^-的影响较大,Fe-Mn-BC对Sb （Ⅲ）的吸附基本不受离子类型和离子强度的干扰.Fe-Mn-BC较Mn-BC具有更突出的吸附再生能力和重复利用性.Mn-BC和Fe-Mn-BC对Sb （Ⅲ）的吸附过程,先是氧化反应将大部分的Sb （Ⅲ）氧化为Sb （Ⅴ）,再通过酸性条件下明显的静电作用,Sb （Ⅴ）与负载于Mn-BC上的Mn和Fe-Mn-BC上的Fe/Mn分别形成较为稳定的内层络合物Mn-O-Sb和Fe-O-Sb-Mn.此外,改性生物炭的官能基团-OH、C=O、N-H在吸附作用中也发挥着重要作用.     

生物炭及改性生物炭对水环境中重金属的吸附固定作用

生物炭是由植物或动物废弃生物质在完全或部分缺氧条件经裂解炭化产生的一类高度芳香化、抗分解能力极强的碳质固体物质,是一种富含碳元素的有机连续体。生物炭比表面积大、疏松多孔,含有羟基、羧基、羰基等活性官能团,对多种重金属离子具有吸附固定作用,可以用来去除或削减水体中的有毒有害重金属。此外,利用酸、碱、石墨烯等物质对其进行修饰或改性,可提高对重金属的吸附能力。根据当前研究现状,综述了不同生物炭对水溶液中重金属离子的去除作用,并比较了一些生物炭改性前后与重金属的作用效果差异,同时归纳了生物炭与重金属的相互作用机理及其影响因素。在此基础上,展望了生物炭在去除水体环境中有毒有害重金属的研究方向,以期望生物炭得到更好应用。