水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能

以水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法制备了不同温度(100 ～ 700℃)的秸秆生物碳,用TG-DTG热重分析、CHNO元素分析、FTIR、BET-N2比表面及孔径分布等手段表征生物碳的组成与结构,研究生物碳吸附水中硝基苯、对硝基甲苯、萘、菲等有机污染物的性能及影响因素,探讨其作用机制及构-效关系,试图为高效利用废弃农业秸秆资源、制备廉价的有机物吸附材料提供理论依据.结果表明,水稻秸秆生物碳含有丰富的有机碳组分和无机矿物组分,随着裂解温度升高,生物碳中有机组分的含碳量逐渐升高、极性减弱、芳香性增强,而无机矿物组分的相对含量则不断增加;当裂解温度从300℃升至400℃时,比表面积突然增大(0.16→110 m2·g-1)、微孔结构被打开,主要由于水稻秸秆中纤维素组分大量分解所致.水稻秸秆生物碳吸附有机污染物的主要介质为有机组分,等温吸附曲线符合Freundlich方程,回归参数N、logKf与生物碳的芳香性指数(H/C原子比)呈良好的线性关系;定量描述了分配作用和表面吸附作用的相对贡献.随碳化温度升高,等温吸附曲线由线性变为非线性,吸附机制从分配作用→分配作用+表面吸附作用→表面吸附作用;分配作用部分与有机污染物的logKow呈正相关,而表面吸附则与污染物的疏水性、分子尺寸及其与生物碳的极性匹配性有关.     

NaOH改性玉米秸秆对石油类污染物的吸附研究

采用正交试验设计,对农业废弃物玉米秸秆进行NaOH化学改性,制得吸附剂,并分别考察其对原油、0#柴油、97#汽油的吸附性能。结果表明,在温度为80℃、NaOH质量分数为1%、固液比为1∶20、时间为12 h的条件下,玉米秸秆经NaOH改性后对3种油类的最大吸附量分别比改性前提高了22.62%、37.57%和38.50%。对改性前后秸秆主要组成成分和FTIR的分析发现,改性后秸秆中木质素和半纤维素的相对含量减少了,纤维素的相对含量增加了;主要存在于木质素和半纤维素中的羧基在改性后显著减少,代表纤维素的醇峰峰值却得到了提升,与改性前后组分变化一致。通过对比分析改性前后玉米秸秆的SEM图像表明,NaOH破坏了玉米秸秆的原始表面结构,使其变得疏松多孔,从而更加有利于秸秆对油的吸附。     

臭氧预氧化对芘在天然有机物中分配行为的影响

以疏水性有机物——芘为代表,考察了臭氧预氧化处理对高稳定性有机污染物在天然有机物(NOM)中分配行为的影响.结果表明,芘在不同性质NOM中分配系数(K_oc)的大小与NOM中芳香结构和疏水基团含量有关,芘在液相、吸附相NOM中的分配行为受NOM自身特性、吸附性能及吸附剂表面有机碳覆盖率(f_oc)大小的影响.臭氧预氧化能够破坏NOM中的芳香结构和疏水结构,削弱NOM与芘之间的相互作用,降低芘的Koc,臭氧预氧化对吸附相NOM疏水结构的破坏是造成芘在吸附相NOM中分配能力降低的主要原因.     

pH影响下小麦根吸附极性有机物的行为研究

文章以标准纤维素为对照吸附剂,以菲为对照吸附质,采用批量平衡振荡法进行吸附实验,研究不同pH条件下,小麦根吸附极性污染物(2,4-二氯苯酚和硝基苯)的行为差异。结果表明:污染物吸附以疏水性分配为主,吸附系数(K_d)值随化合物疏水性的增强而增强;非解离型极性污染物(硝基苯)的吸附与疏水性污染物(菲)类似,吸附等温线呈线性,相关系数(R²)均大于0.98,同时pH对吸附的影响无显著性差异(P>0.05);解离型极性污染物(2,4-二氯苯酚)的吸附随pH增加而降低,仅在pH 5.0时呈现吸附线性,在pH 7.0和8.0时均呈非线性,等温线逐渐向浓度轴弯曲,这源于疏水作用以及解离的2,4-二氯苯酚与吸附剂之间静电作用的共同影响。根的吸附能力大于纤维素,这与根中含有类脂物质有关。     

简青霉(Penicillium simplicissimum)对木质纤维素的降解及相关酶活性特征

简青霉[Penicillium simplicissimum(Oudem.)Thom BGA]能分泌木质纤维素降解酶,其中半纤维素酶、纤维素酶、木质素过氧化物酶、锰过氧化酶和漆酶的最大酶活分别为146.82 Iu·g-1、2.78 U·g-1、47.97 U·g-1、34.56 U·g-1和17.94 U·g-1.实验结果和SPSS统计分析表明,简青霉产木质纤维素酶的能力与木质纤维素的结构有很大的关系,其对木质纤维素的降解可能是几种木质纤维素酶之间协同作用的结果.在30 d的固态发酵中,半纤维素含量与发酵天数呈显著负相关(r=-0.946,P<0.01),纤维素与木质素的降解趋势呈显著负相关(r=-0.818,P<0.05).木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶在降解木质素的同时对半纤维素和纤维素进行协同降解,是非选择性的木质素降解酶.木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶与纤维素酶之间呈显著相关(相关性依次为r=0.922,P<0.01;r=0.807,P<0.05).研究还发现生物吸附在简青霉对液态碱木质素的去除中起到了非常重要的作用.     

溶解性有机质对芘在土壤中吸附解吸的影响

从腐解不同阶段的水稻秸秆提取溶解性有机质(DOM),用DAX-8树脂分组的方法分析了其亲疏水性,并研究了提取到的DOM对芘在土壤中吸附-解吸行为的影响.结果表明,随秸秆腐解时间的延长,产生DOM中亲水性组分减少,疏水性组分增多.在本试验所研究的吸附解吸实验条件下,芘在土壤中的吸附解吸均可用线性方程进行描述.加入DOM后,芘的吸附受到显著抑制(p0.01),并且随腐解时间延长,抑制作用增强;芘在土壤中存在解吸迟滞现象,加入DOM后迟滞现象减弱,促进了芘在土壤中的解吸.随腐解作用的进行,DOM促进芘解吸的作用增强,解吸迟滞系数减小.这是由于随秸秆腐解作用的进行,产生DOM中疏水性组分含量增多,其对芘的增溶作用增强所致.     

绿色木霉改性玉米秸秆溢油吸附剂的制备及其性能研究

利用绿色木霉对玉米秸秆进行固态发酵,通过单因素改性实验(改性时间、固液比和改性温度)制备溢油吸附剂TCS(Trichoderma viride modified corn stalk),并模拟溢油环境测定TCS的吸油量.研究表明,25℃下,改性6 d、固液比1∶4时,制得的TCS吸油量最大,达到13.84 g.g-1,相对原材料RCS(Raw corn stalk,吸油量为6.58 g.g-1)提高了110.33%.对RCS和TCS进行扫描电子显微镜(SEM)分析显示制得的TCS表面变得更加粗糙;傅里叶红外光谱分析(FT-IR)表明玉米秸秆纤维素组分被部分降解;X射线衍射分析(XRD)得到改性后的材料结晶度降低;纤维素、半纤维素和木质素等组分测定进一步表明生物改性降低了玉米秸秆中纤维素及半纤维素的含量,这些均说明改性后材料吸油量增加的原因.吸附动力学及保油性能测试表明,TCS具有快速的吸油速率,80 r.min-1条件下振荡1 h后即达到吸附平衡;且在吸附饱和后滴淌10 min仍能保持最初吸油量的74.87%,具有良好的保油性能.     

秸秆生物碳的结构特征及其对17β-雌二醇的吸附性能

以小麦和水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法在400 ℃下制备秸秆生物碳,利用热重分析、元素分析、FTIR(红外光谱分析)和BET-N₂比表面及孔径分布等手段表征生物碳的结构与组成,探讨其对天然类固醇雌激素E2(17β-雌二醇)的吸附特性. 结果表明:小麦和水稻秸秆在40~70、300~350 ℃有2个失重峰,分别为失水和纤维素热解所致;小麦秸秆生物碳中w(C)、w(H)、w(O)、w(N)分别为59.45%、2.81%、20.17%、1.20%,水稻秸秆生物碳中分别为51.14%、2.44%、17.02%、1.04%,2种秸秆生物碳均含有丰富的芳香性官能团及无机矿物组分;小麦和水稻秸秆生物碳比表面积分别为51.32和28.63 m2/g. E2在2种秸秆生物碳中的吸附动力学曲线均符合Elovich方程,吸附热力学曲线符合Freundlich方程,其中,非线性指数(n)分别为0.46和0.42,Freundlich系数K_f为2 526.15和4 368.23. 吸附过程可以被双模型方程很好地拟合,其中表面吸附的饱和吸附量(Q₀)与20 nm以下的总孔体积呈良好正相关,分配作用则因原料不同而呈很大差异,影响因素尚需进一步研究.      

白腐真菌体对菲和芘的吸附-脱附作用及影响因素

为准确了解生物修复过程中多环芳烃(PAHs)的生物吸附行为,采用化学方法(脱蜡、皂化)分离白腐真菌样品并制得3个组分,探讨了白腐真菌组分的结构特征.同时,用批量平衡法研究了菲和芘在白腐真菌样品上的生物吸附-脱附行为及共存重金属Cu2+对吸附作用的影响,探讨了PAHs生物吸附的作用机制及构-效关系.结果表明,菲和芘在白腐真菌体上的等温吸附-脱附曲线均呈线性(Freundlich,N=1),为可逆吸附过程,其生物吸附机理为PAHs在白腐真菌体上的分配作用;经脱蜡和皂化后,菲在白腐真菌体上的分配系数Kp(F1)分别为Kp(F2)和Kp(F3)的4.5倍和7.5倍,芘的分配系数Kp(F1)则分别为Kp(F2)和Kp(F3)的3.8倍和7.2倍,表明主要分配介质为白腐真菌体上的脂类和聚酯类物质;PAHs的有机碳标化的分配系数Koc值与白腐真菌体的极性指数(O+N)/C呈反比.共存Cu2+离子促进白腐真菌体对菲的生物吸附,随着Cu2+浓度的增加,菲的生物吸附作用逐渐增强;增强吸附机制为Cu2+通过配合作用吸附到白腐真菌体上中和微生物表面的负电荷,降低白腐真菌体表面的亲水性,进而提高其疏水性分配作用;同时,吸附态Cu2+与菲之间形成阳离子-π键等特殊作用,其作用大小随白腐真菌体的极性指数(O+N)/C增大而降低.     

苹果角质层的组分特征及其对甲萘酚的吸附作用

为能够准确预测有机污染物在植物角质层上的吸附行为,用化学方法(脱蜡、皂化、酸解)分离得到7种苹果角质层组分,探讨了角质组分对甲萘酚的吸附特征及其与结构组成之间的关系.结果表明.苹果角质层由44.7%蜡质、34.6%角质单体、13.6%糖类、7.5%生物高聚物(cutan)组成,脱蜡、皂化脱角质单体后角质组分的极性指数((O N)/C)增大,而酸解脱糖后(O N)/C则减小.角质层组分对甲萘酚的等温吸附曲线均呈非线性(N=0.551～0.918),而高浓度时的等温吸附曲线则呈线性,表明植物角质与有机物的相互作用除了分配作用之外,还存在其它的特殊作用.苹果角质层(ACI)对甲萘酚的吸附系数(Knc)为442,脱蜡、脱糖后角质组分的KDC.值增大,而脱角质单体后Kuc值则大大减小,表明角质单体是主要的吸附介质;蜡质、角质单体、糖类组分对角质层吸附行为的影响存在交互作用.角质组分的Koc值随其(O N)/C变化出现"峰值",意味着甲萘酚与角质组分之间的相互作用存在最佳的极性匹配.     

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from aqueous solution by raw and modified plant residue materials as biosorbents

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs）, e.g., naphthalene, acenaphthene, phenanthrene and pyrene, from aqueous solution by raw and modified plant residues was investigated to develop low cost biosorbents for organic pollutant abatement. Bamboo wood, pine wood, pine needles and pine bark were selected as plant residues, and acid hydrolysis was used as an easily modification method. The raw and modified biosorbents were characterized by elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The sorption isotherms of PAHs to raw biosorbents were apparently linear, and were dominated by a partitioning process. In comparison, the isotherms of the hydrolyzed biosorbents displayed nonlinearity, which was controlled by partitioning and the specific interaction mechanism. The sorpfion kinetic curves of PAHs to the raw and modified plant residues fit well with the pseudo second-order kinetics model. The sorption rates were faster for the raw biosorbents than the corresponding hydrolyzed biosorbents, which was attributed to the latter having more condensed domains （i.e., exposed aromatic core）. By the consumption of the amorphous cellulose component under acid hydrolysis, the sorption capability of the hydrolyzed biosorbents was notably enhanced, i.e., 6-18 fold for phenanthrene, 6-8 fold for naphthalene and pyrene and 5-8 fold for acenaphthene. The sorpfion coefficients （Kd） were negatively correlated with the polarity index [（O＋N）/C], and positively correlated with the aromaticity of the biosorbents. For a given biosorbent, a positive linear correlation between logKoc and logKow for different PAHs was observed. Interestingly, the linear plots of logKoc-logKow were parallel for different biosorbents. These observations suggest that the raw and modified plant residues have great potential as biosorbents to remove PAHs from wastewater.     

3种基质材料对高浓度养殖废水处理效果及降解过程

养殖场直排废水负荷高,易造成湿地植物无法生长、处理效率低等问题.为使养殖废水通过前端生态治理技术,出水达到湿地植物耐受范围,探索高效利用作物秸秆,降低污染负荷的可行性,开展野外控制实验,对比分析了三大粮食作物秸秆——麦秸、稻草和玉米秆对猪场废水N、P的吸附去除效率.三级基质池各填充12. 5 kg干秸秆,设定连续式进水,水力停留时间7 d.结果表明,在进水COD、TN、NH_4~+-N、NO_3~--N和TP平均质量浓度分别为1 652. 83、371. 31、303. 51、0. 67和65. 22 mg·L~(-1)时,麦秸对COD、TN和TP的去除效果最好,去除率分别为32. 1%、40. 9%和33. 3%,稻草对NH_4~+-N的去除效果最好,去除率达到43. 4%.经180 d处理后3种基质材料木质素、纤维素和半纤维素均未完全分解.各种基质材料木质素降解速率低于纤维素与半纤维素,且稻草中木质素和纤维素降解最快,麦秆中半纤维素降解最快.结果表明,麦秆和稻草对去除高浓度养殖废水污染物效果均好于玉米秆,并且建议基质材料更换周期为5个月,可为生物基质材料运用于养殖废水处理提供数据支撑.     

氯苯类化合物在沉积物上的非线性吸附行为

以5种自然沉积物为对象,采用批量平衡法,测定了氯苯、1,4-二氯苯、1,2,4-三氯苯和1,2,4,5-四氯苯在这5种沉积物样品上的吸附等温线,以研究沉积物自然有机质（NOM）的性质对氯苯类化合物（chlorobenzenes, CBs）吸附行为的影响.结果表明,1,2,4-三氯苯在虎门、黄沙、雅岗、三水、长洲5种沉积物中的等温吸附线性因子n都小于1,分别为0.956、 0.858、 0.872、 0.947和0.915,说明所有吸附等温线均为非线性;同时,非线性的程度n与极性指数（O+N）/C呈负相关关系,相关系数R²达0.994 7,表明NOM的聚合度（以极性指数为表征）直接影响着吸附非线性程度;5种沉积物对1,2,4-三氯苯的吸附亲和力（K_oc）随沉积物极性指数的增大而减弱,说明NOM聚合度较高的沉积物对1,2,4-三氯苯的吸附亲和力更强;氯苯、1,4-二氯苯、1,2,4-三氯苯、1,2,4,5-四氯苯在同一种沉积物（黄沙）上吸附等温线的线性因子n分别0.755、 0.788、 0.858、 0.949,非线性程度按溶质分子由小到大的顺序依次减弱,说明溶质分子本身的性质也影响着CBs在沉积物上的吸附性能.     

Characteristics of the natural organic matter sorption affects of organic contaminants

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｈａｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ(ＨＯＣ)ｉｎｓｏｉｌｓａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｕｎｌｅｓｓｉｔｓｃｏｎｔｅｎｔｉｓｖｅｒｙｌｏｗ(Ｃｈｉｏｕ ,1 989) .Ｔｈｉｓｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｔｒｕｅｉｎｗａｔｅｒ ｓｏｉｌｓｙｓｔｅｍｓｂｅｃａｕｓｅｗａｔｅｒｍｏｌｅｃｕｌｅｓａｒｅｐｒｅｆｅｒａｂｌｙａｄｓｏｒｂｅｄ…     

羧基稻草阳离子吸附剂的制备及其去除水溶液中亚甲蓝的研究

为促进工业废水处理并降低废水处理费用,研究了柠檬酸热化学酯化法改性稻草制备可生物降解阳离子吸附剂的方法.实验比较了天然和改性稻草去除溶液中阳离子染料(亚甲蓝)的能力,研究了不同实验参数(pH值、吸附剂量、染料浓度、离子强度、吸附时间)对亚甲蓝吸附效果的影响在pH为2～10范围内,天然稻草去除亚甲蓝的能力随pH值的增加而增加,而改性稻草在pH≥3时对染料的去除率达到最大.改性稻草用量大于1.5g·L-1时几乎能完全去除浓度为250mg·L-1亚甲蓝溶液中的染料.改性稻草用量为2.0g·L-1对浓度为50～450mg·L-1的亚甲蓝溶液去除率保持在98%以上.增加溶液的离子强度会导致亚甲蓝去除率降低.染料吸附等温线符合Langmuir模式.吸附过程符合准一级反应动力学方程.酯化改性使染料的吸附剂粒子内扩散速率常数(kid)大大增加.研究结果表明,改性稻草是良好的亚甲蓝吸附剂.     

Characteristics of natural organic matter affect sorption of organic contaminants

Several soil samples were used to study how the characteristics of natural organic matter (NOM) affect sorption of organic compounds. These soils contains different amounts and types of NOM. Aromaticity of NOM (percentage of aromatic carbons) was determined from solid-state CPMAS 13C NMR spectra and the soil effective polarity was computed from the equation developed by Xing et al. Naphthalene was used to examine the sorption characteristics of NOM. Both aromaticity and polarity of NOM strongly affected sorption of naphthalene. Old NOM showed higher affinity than that in the surface, young soils. Sorption increased with increasing aromaticity and decreasing polarity. Thus, the sorption coefficients of organic contaminants cannot be accurately predicted without some consideration of NOM characteristics.     

Characteristics of the natural organic matter sorption affects of organic contaminants

Several soil samples were used to study how the characteristics of natural organic matter(NOM)affect sorption of organic compounds.These soils contains different amounts and types of NOM.Aromaticity of NOM(percentage of aromatic carbons)was determined from solid-state CPMAS^13 C NMR spectra and the soil effective polarity was computed from the equation developed by Xing et al.Naphthalene was used to examine the sorption characteristics of NOM.Both aromaticity and polarity of NOM strongly affected sorption of naphthalene.Old NOM showed higher affinity than that in the surface,young soils.Sorption increased with increasing aromaticity and decreasing polarity.Thus,the sorption coefficients of organic contaminants cannot be accurately predicted without some considerstion of NOM characteristics.     

基于秸秆后发酵产沼气的一次发酵时间优化

采用"一次发酵+NaOH处理+二次发酵"工艺,以稻秸为原料,研究一次发酵时间对稻秸沼气发酵的影响.结果表明,一次发酵后的稻秸仍有一定的产气能力,干物质(TS)产气量为28.11～50.73mL/g TS,产气量大小与一次发酵时间成反比;一次发酵后的稻秸经NaOH处理后,稻秸物质结构受到明显破坏,有机物大量溶出,稻秸浸提...     

碱处理对秸秆厌氧消化的影响

为减少秸秆碱处理的碱用量,提高秸秆的产气量,从产气量、XRD和FTIR等角度对碱预处理与后处理进行了初步比较,并对碱处理前后秸秆浸提液的理化性质以及秸秆的物质结构变化进行了分析.结果表明,秸秆经5%NaOH处理48 h后,细胞中的有机物大量溶出,COD、TN、NO 3--N和NH 4+-N分别从2 311.11、175.40、5.02和117.82 mg/L增至10 488.89、417.84、248.64和141.44 mg/L,表明碱处理不仅破坏木质纤维结构,还破坏核酸、氨基酸等含氮物的结构,将其中的氮以NO 3--N和NH 4+-N的形式释放出来;碱处理破坏了秸秆木质素结构,木质素含量降低,但纤维素的相对结晶度增加,从0.592 3增加到0.662 2.厌氧消化的结果显示,秸秆预处理与后处理的产气能力相当,单位TS产气量分别为382.32 mL/g和375.84 mL/g,较对照分别提高了28.13%和25.96%,但后处理的碱用量仅为预处理的50%;厌氧发酵后对照中的木质素含量增加,而预处理和后处理均降低,后处理对木质素的破坏效果更好;厌氧微生物可破坏纤维素的结晶区,后处理对纤维素结晶区和无定形区的破坏均强于预处理.