花生壳生物炭的制备、表征及其吸附性能

选择花生壳作为原材料,采用限氧升温炭化法在200、450、700℃温度下制备生物炭,在对其元素组成和表面性质进行分析的基础上,重点考察生物炭对邻苯二甲酸酯的吸附性能。结果表明,花生壳生物炭的元素含量由高到低为COHN,热解温度的升高使碳元素含量显著增高,芳香性增强且极性减弱;花生壳生物炭的比表面积、总孔面积、微孔面积和微孔孔容均随热解温度的升高而增加,平均孔隙宽度随之减小;花生壳生物炭含有丰富的表面官能团,热解温度升高使羟基数量大幅减少,烃基逐渐消失,芳香化程度增强;花生壳生物炭对DEP、DBP的吸附符合Freundlich方程,吸附能力随热解温度的升高而增强,高温生物炭的吸附过程呈现明显的非线性特征。     

不同烧制温度下玉米秸秆生物炭的性质及对萘的吸附性能

以玉米秸秆为原料,在300、500和700℃这3个温度下烧制生物炭,使用元素分析仪测定其元素组成,扫描电镜观测其表面特性,并采用批量吸附实验研究了生物炭对萘的吸附特性.结果表明,随烧制温度升高,玉米秸秆生物炭的碳元素含量从66.79%上升到76.30%,氢和氧元素从4.92%和19.25%下降到3.18%和9.53%;H/C、O/C和(O+N)/C值降低,芳香性和疏水性增强,极性降低.扫描电镜结果显示玉米秸秆生物炭主要是片状颗粒,孔隙少,生物炭表面粗糙程度随温度升高增加.对萘的动力学吸附曲线符合Lagergren准二级模型,初始吸附速率与平衡吸附量随烧制温度上升而上升;等温吸附曲线可用Freundlich模型进行描述,生物炭的吸附能力随烧制温度升高而增强,非线性先下降后上升.玉米秸秆生物炭表面形态上具有显著特点,且不同烧制温度对其元素组成、表面特征和对萘的吸附行为有显著影响.     

不同热解温度制备的玉米芯生物炭对对硝基苯酚的吸附作用

以玉米芯为原料,采用限氧热解法制备了不同温度(200~600℃)的玉米芯生物炭,研究玉米芯生物炭对水中对硝基苯酚(PNP)的吸附行为,并对其吸附机制进行了探讨.结果表明,热解温度对生物炭的物理化学性质影响较大,随着热解温度的升高,含氢、氧官能团逐渐消失,生物炭的极性降低,芳香性增强.等温吸附曲线可以被Freundlich模型很好地描述,生物炭的性质对其吸附PNP有着重要影响,Freundlich模型回归参数(n和KF)与玉米芯生物炭的芳香性、亲水性和极性指数[H/C、O/C、(O+N)/C]呈良好的线性关系.定量描述了表面吸附和分配作用的相对贡献,PNP在低温(200℃)制备生物炭上的吸附主要为分配作用,而高温(300~600℃)制备的生物炭对PNP的吸附为π—π电子受体-供体作用和孔填充效应为主的表面吸附机制.     

热解条件对生物炭性质和氮、磷吸附性能的影响

以橡木为原料,在不同的热解终温、升温速率和恒温时间下制备生物炭.对生物炭产率、p H、元素组分、工业组分、比表面积、红外光谱等理化特征进行分析,并考察生物炭对水溶液体系中NO-3-N、NH+4-N、PO3-4-P的吸附性能.结果表明:生物炭的产率受热解终温影响最大(极差:54.57%),恒温时间次之(极差:1.16%),升温速率最小(极差:0.42%).随热解终温、升温速率和恒温时间的增加,所得生物炭的p H和C含量增加,而H和O含量降低.热解终温对生物炭表面官能团影响较大,升温速率和恒温时间基本无影响.生物炭对氮、磷的吸附性能主要受热解终温影响.NO-3-N的吸附量最大可达2.80 mg·g-1(600℃),且随热解终温的升高呈指数增加.比表面积、表面碱性官能团和表面金属氧化物与NO-3-N吸附有关.随热解终温的增加,NH+4-N吸附量降低,最大吸附量为3.12 mg·g-1(300℃).阳离子交换量(CEC)是影响NH+4-N吸附的主要因素.PO3-4-P吸附量随热解终温的增加呈先增后减的趋势(在500℃达到最大,为9.75 mg·g-1),且吸附过程主要受生物炭表面碱性官能团和表面金属氧化物的影响.     

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.     

镁改性生物炭制备条件对其氮、磷去除性能的影响

以林木废弃物为原料,通过干式热解和湿式热解,制备镁改性生物炭,并探索其对污水中氮、磷的同步去除性能。研究表明:干式混合热解和湿式浸渍热解制备的生物炭吸附效果无显著差异;MgCl_2浸渍制备改性是生物炭制备的适宜方法,浸渍浓度、热解温度、热解速度及生物炭粒径均会对吸附效果有影响;最优条件下,镁改性生物炭对氮和磷的吸附量分别为35.28,110.29 mg/g。除了吸附作用,镁改性生物炭表面形成了鸟粪石沉淀(MgNH_4PO_4·6H_2O),可作为一种缓释型炭基氮磷复合肥。     

蚯蚓粪便生物炭对水体中雌二醇的吸附

为寻求高效、廉价的E2(雌二醇激素)吸附剂及开拓蚯蚓粪便的资源化利用途径,将蚯蚓粪便在300、500和700 ℃下热解碳化制备生物炭(分别记为BC300、BC500和BC700),对所得生物炭的基本理化性质(包括物质组成、表面官能团、孔隙结构等)进行分析,并将其用于吸附水体中E2,考察生物炭投加量、溶液pH、反应时间及初始ρ(E2)对生物炭吸附性能的影响,并探讨了吸附机理.结果表明:随热解温度的升高,生物炭的H/C(原子比)由0.13降至0.03,O/C(原子比)由0.46降至0.02,芳香性增强,极性降低,逐渐由脂肪炭结构过渡到芳香炭结构;生物炭比表面积由24.33 m2/g增至76.29 m2/g,总孔体积由0.09 cm3/g增至0.19 cm3/g.不同热解温度下制备的生物炭对E2的吸附过程均符合准二级动力学方程,拟合系数大于0.991;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附过程,Langmuir理论最大吸附量表现为BC700(7.66 mg/g)>BC500(5.23 mg/g)>BC300(3.32 mg/g).随热解温度的升高,O/C和H/C降低,说明碳化程度增强,生物炭吸附E2的分配作用减弱而表面吸附作用增强.研究显示,蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附效果随比表面积和孔体积的增加而增强.      

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.     

水稻秸秆生物炭对磺胺类抗生素的吸附研究

研究了3种热解温度分别为300℃(S300)、450℃(S450)、600℃(S600)的水稻秸秆生物炭对两种磺胺类抗生素的吸附性能及机制,同时考察了溶液p H值及离子强度对吸附的影响。结果表明,生物炭对磺胺二甲基嘧啶(SM_2)和磺胺甲恶唑(SMX)的吸附均符合准二级动力学方程;等温吸附曲线用Langmuir方程拟合优于Freundlich方程,3种生物炭的最大吸附量随热解温度的升高而升高,且对SM_2的吸附能力优于SMX,600℃热解的秸秆炭对SM_2和SMX的最大吸附量分别可达到2 857.1 mg/kg和1 724.1 mg/kg。溶液p H显著影响吸附,SM2和SMX的吸附以中性形态为主,p H在3~11的范围内,SM_2和SMX的最佳p H分别为5和3。生物炭对2种抗生素的吸附能力随离子强度的升高而轻微下降。红外光谱分析表明,氢键结合、π-π共轭是秸秆生物炭吸附2种磺胺抗生素的主要机理。     

低温等离子体活化接枝以提高热解炭吸附效能的研究

通过等离子体改性和接枝提高热解炭的吸附性能,同时探讨了改性热解炭的延时性和接枝率对于其吸附性能的影响,并利用扫描电子显微镜对热解炭、活化热解炭以及活化接枝热解炭的表面结构加以研究。实验结果表明,等离子体改性后的热解炭对亚甲基蓝的吸附性能有一定提高,但存在延时性问题,接枝丙烯酸后热解炭的吸附性能进一步提高。在等离子体活化后的1.5~2 h,接枝率为10%~15%时,活化接枝热解炭的吸附性能达到最佳。     

表面活性剂在湿法去除碳黑中的应用

碳黑表面是具有疏水性的油状物质。普通的烟尘治理技术在应用过程中,都存在一定的缺陷,对微细的碳黑处理效率低。本实验装置在传统湿法除尘技术的基础上,在吸收液中添加少量的表面活性剂,研究黑烟消除及可行性。实验结果表明:此方法易于捕集碳黑,显著地提高了溶液对碳黑的吸收能力。这种方法如应用于工业窑炉黑烟的治理,将会有较好的市场前景。     

四川温江黑碳气溶胶浓度观测研究

结合常规气象资料,对1999年9月至2000年8月在四川温江获得的黑碳气溶胶观测资料进行分析.结果表明,该地黑碳气溶胶浓度变化十分剧烈,日平均浓度在1200～20000 ng·m-3之间.其浓度日变化具有明显的双峰特征;季节变化表现为冬季1月最大,中值接近8000ng·m-3,5月也存在一个浓度高值.黑碳浓度及其变化特征与该地盆地性气候、降水湿清除和局地人为活动的影响有很大关系,由小时平均浓度最大出现频数统计分析得出该地区大气黑碳气溶胶本底浓度约为2850 ng·m-3.     

2013年12月石家庄一次霾天气过程中的黑炭浓度特征

2013年12月5日~27日石家庄地区连续出现霾天气,大气日均能见度为0.2~8km,其中大约89.53%的时间大气能见度不足5km.分析12月10~27日期间的黑炭固定观测数据表明:1)黑炭浓度均值为39.84μg/m3,日变化具有明显的双峰结构,第1个峰值在上午9:00左右,第2个峰值在夜晚21:00~24:00;2)黑炭浓度小时均值与大气能见度小时均值之间呈负相关关系,当黑炭浓度大于固定观测期间的均值时,重度霾发生的概率为97.78%.此外,通过在车辆上安装黑炭分析仪和GPS接收机对石家庄市区主干道进行了多天的移动观测,结果表明:黑炭浓度与交通密度和街道特点(道路类型、交通密度)直接相关; 市区二环的黑炭浓度较高,大约是二环内黑炭浓度均值的1.48倍;市中心区的黑炭浓度相对较低,且呈现明显的东西-南北向差异性.     

多环芳烃的分布特征及其与有机碳和黑碳的相关性研究——以汕头国际湿地示范区三种红树林湿地表层沉积物为例

野外采集了汕头国际湿地示范区内3种红树林湿地(苏埃湾天然次生桐花树林湿地、外砂河口人工种植海桑与无瓣海桑混交林湿地、义丰溪口人工无瓣海桑林湿地)的表层沉积物样品,在实验室内分析了沉积物的多环芳烃、有机碳和黑碳含量.研究了多环芳烃在3种不同红树林湿地沉积物中的分布特征,以及沉积物有机碳、黑碳与多环芳烃的相关性.结果表明:多环芳烃在天然次生红树林湿地沉积物中的累积量显著高于人工恢复红树林湿地沉积物的累积量;不同红树林湿地沉积物对多环芳烃的吸附和累积具有共同的特征,即多环芳烃的组成成分相似,主要组分为菲、荧蒽、芘和苯并(b)荧蒽;除义丰溪口红树林湿地外,多环芳烃在另外2个红树林湿地沉积物中吸附和累积都具有林内含量高于林边缘,林边缘含量高于低潮光滩的特征;有机碳和黑碳对低环多环芳烃的影响不显著,但对高环多环芳烃影响显著,黑碳较之有机碳对高环多环芳烃具有更强的吸附能力.     

草浆造纸黑液ASF(活性炭、硫酸钠、糠醛)综合利用工艺研究

据统计,1988年我国造纸企业已达5360个,产量达1270×10⁴t,其中近5000个为年产5000t以下的小草浆厂,产量占总产量的43 ％左右.这些小草浆厂大多采用碱法制浆,这部分制浆蒸煮黑液,绝大多数直接排放江河,造成严重污染.开发多方面的综合利用途径,使草浆黑液变废为利,是一项有意义的研究课题,我们所开展的草浆造纸黑液ASF综合利用工艺,是一种将黑液作为制取活性炭、硫酸钠、糠醛的资源,同时也使其中绝大多数污染物得到去除的工艺.     

本溪大气黑碳气溶胶浓度的观测研究

对2008年3月至2009年2月本溪黑碳气溶胶浓度观测资料进行了研究分析.结果表明,本溪黑碳平均浓度值为6.877 μg/m3,日平均浓度变化范围为0.592～20.577 μg/m3,每小时平均浓度最大值达64.518 μg/m3;黑碳浓度具有明最的季节变化,夏季的平均浓度最低,最高值出现在冬季的1月份,这与冬季取暖...     

Observation of black carbon aerosol in Beijing,2003

The objective of this study was to determine the black carbon concentration in Beijing in 2003. The aerosol properties were measured using an Aethalometer and a tapered element oscillating microbalance (TEOM) on the roof of the Physics Building of Peking University (39.99° N, 116.31° E) from July to August 2003 and from November 2003 to January 2004. The average black carbon (BC) concentrations in the summer and winter were 8.80 and 11.4 μg/m³, respectively. During winter, two different cyclone cut offs were installed at the inlet of an aethalometer. The BC mass concentration in TSP, PM₁₀, and PM_2.5 were obtained. The results indicated that in winter aerosol, 90% of BC exited in PM₁₀ and 82.6% of BC exited in PM_2.5. The BC in PM₁₀ accounted for 5.11% of the PM₁₀ mass. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(1): 17–22 [译自: 环境科学学报]     

北仑区域大气中黑碳气溶胶特征研究

利用2012年－2014年在北仑城区的黒碳气溶胶及相关的能见度、SO2、NO2、CO、O3、PM1、PM2．5因子的监测结果,研究区域黒碳气溶胶的污染特征及与其他相关因子的关系等。结果表明,黒碳气溶胶随着浓度的不同组分会有所差异。另外,区域内的黒碳气溶胶的本底值为1.25μg／m3,在国内大城市中处于相对低位,但远高于全球本底值;黒碳气溶胶对消光的贡献为12．13％;与SO2等的相关性分析表明,其与PM2．5、PM 1、NO 2均为强正相关,与SO 2和CO均为中等强度正相关,而与O 3则显示了负的指数相关。     

黄土区果园和刺槐林生态系统土壤有机碳变化及影响因素

果园和刺槐是黄土区小流域综合治理中两种典型土地利用方式,对比分析二者土壤固碳功能变化有助于深入了解小流域综合治理条件下陆地生态系统土壤碳循环过程及其影响因素.在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站,针对20世纪80年代以来综合治理的王东沟小流域,选取坡地上不同生长年限苹果园和刺槐林群落,测定表层(0~20 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)以及根系生物量和地表凋落物含量,研究不同治理措施下SOC的变化特征及其影响因素.结果表明:1随生长年限的增加,苹果园中SOC、TN含量呈降低趋势,而刺槐林中呈增加趋势.与农地(对照)相比,3年、8年、12年、18年苹果园SOC、TN含量分别降低了3.26%、10.54%、18.08%、22.55%和-8.08%、-0.48%、4.97%、16.91%,12年、18年、25年刺槐林SOC、TN含量分别增加了5.31%、32.36%、44.13%和2.49%、15.75%、24.22%;23年、8年、12年、18年苹果园细根生物量,分别为农地(对照)的25.97%、66.23%、85.71%和96.10%,凋落物量均为0 g·m-2,而12年、18年、25年刺槐林细根生物量相较农地(对照),分别增加了23.53%、79.41%、157.35%,凋落物输入量分别为194、298、433g·(m2·a)-1;3有机物输入差异是导致果园和刺槐生态系统土壤固碳功能差异化的重要原因.     

黑色岩系岩石样品中黑碳含量测定和误差分析

文章对黑碳的基本概念、研究现状和意义、及测定方法进行了综合评述,并将辉长岩和粉晶石墨标样按不同比例配成实验标样进行黑碳测量实验,证明实验方法具有较好的可行性;对不同类型的样品进行的额外氧化实验表明其氧化损失率是各不相同的;采用化学方法测量黑色岩系岩石样品中的黑碳含量为6.5821%,通过一次性定量黑碳实验流程和平行样品分步实验,测得实验偏差为3.77%。其中HF-HCl单步处理偏差为1.99%,而K2Cr2O7氧化处理单步实验的偏差为3.11%。实验表明测量黑色岩系岩石样品中黑碳含量的化学实验方法是行之有效的。