农业废弃物基生物炭对水溶液中镉的吸附效果与机制

以畜禽粪便（牛粪、鸡粪、猪粪）为原料分别在300℃和700℃下制备生物炭,以作物秸秆（小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆）为原料分别在300℃和500℃下制备生物炭,利用比表面积和孔径分析仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪和CHN分析仪等对农业废弃物基生物炭的理化性质、表面结构和元素组成进行表征,研究生物炭理化性质差异和其对镉吸附效果和机制.结果表明,不同农业废弃物基生物炭对Cd²⁺的等温吸附符合Langmiur方程,拟合结果发现随着热解温度的升高,牛粪、鸡粪和猪粪基生物炭对Cd²⁺的最大吸附量分别从83.40、19.65和96.74 mg·g^-1增加至106.54、 268.89和164.53 mg·g^-1;而不同热解温度下制备的秸秆基生物炭对Cd²⁺的最大吸附量差异不显著.农业废弃物基生物炭呈碱性,除牛粪生物炭外,灰分含量随热解温度上升而增加.随着热解温度的上升,生物炭孔隙结构变丰富,含氧官能团增加,出现芳香结构.通过定量分析,发现生物炭Cd²⁺总...     

浒苔生物炭的特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附特点和吸附机制

为使浒苔得到资源化利用,本研究采用慢速热解技术于不同温度下制备浒苔生物炭,并对其理化性质进行表征.结果表明,400℃时,浒苔裂解已达较高程度.浒苔生物炭产率及灰分含量与热解温度呈负相关,碳含量与热解温度呈正相关,其表面呈蜂窝状多孔结构,比表面积为44.54~317.82 m~2·g~(-1),表面含有丰富的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等含氧官能团.吸附实验显示,浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型.表明浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附为单分子层化学吸附,主要受快速反应过程控制.浒苔生物炭吸附Cr(Ⅵ)的最适p H为2,吸附容量表现为BC400BC700BC600BC500BC300,其中BC400的吸附量为4.79 mg·g~(-1).浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附机制主要包括生物炭与HCr O-4和Cr2O_2-7等阴离子之间的静电作用,以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用.     

基于灰度的生物炭pH值与N和K离子吸附研究

通过固定床石英管热解装置将稻壳、木薯秸秆及玉米秸秆在350、450、500、550、600℃进行充分热解制备生物炭,利用图像识别技术获得生物炭的RGB值（红、绿、蓝三个通道的颜色）及相应的灰度值,研究了生物炭灰度值与其水溶液中的pH值及阳离子（NH₄⁺-N及K⁺-K）吸附性能的关系.结果表明：3种生物炭的pH值随着灰度值的增加呈现“S”型增长趋势,并符合DoseResp模型,回归方程的决定系数（R²）分别为0.9766、0.9592和0.9219,残差平方和（RSS）均小于0.01;除玉米秸秆炭的K⁺-K吸附量与灰度值的关系为线性负相关外,3种生物炭的NH₄⁺-N和K⁺-K吸附量与灰度值之间满足一元高次非线性模型,R²范围在0.8595~0.9999.本研究为快速预测生物炭在水溶液中的pH值和阳离子吸附性能提供了理论基础.     

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.     

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.     

生物炭的制备及其镁改性对污染物的吸附行为研究

以小麦和玉米秸秆为原料,于不同温度下制备了生物炭样品,并采用氯化镁(MgCl_2)、乙酸镁(Mg(CH_3COO)_2)和硝酸镁(Mg(NO_3)_2)对秸秆及其生物炭进行改性.通过分析各生物炭产率、pH、元素分析、比表面积、CEC、XRD及FT-IR,探究了生物炭理化性质的变化规律.各样品对氨氮、Pb(Ⅱ)及乙草胺的吸附试验结果表明:小麦秸秆经Mg(CH_3COO)_2改性后得到的生物炭的饱和吸附量最大;对3种吸附质的吸附过程均符合准二级吸附动力学方程;低浓度下吸附过程均可自发进行,对氨氮的吸附符合Langmuir模型且以离子交换作用为主,对Pb(Ⅱ)的吸附符合Freundlich模型且以离子交换作用为主,对乙草胺的吸附符合Langmuir模型且以分配、氢键和π-π电子受体供体作用为主.     

生物炭的制备及其性能研究

以生物质(小麦秸秆、稻壳和木屑)为原料,KOH为浸渍剂,采用控制热分解的方法制备生物炭,并利用差热/热重分析、Boehm滴定、红外光谱、X射线衍射、碘吸附及亚甲基蓝吸附等方法对原料和生物炭的结构及性质进行了表征。实验结果表明:木屑在热解过程中质量损失最大,其次是稻壳和小麦秸秆;不同原料在相同炭化温度下制得的生物炭所含表面含氧官能团种类和总量相近,均含有烷基、芳香基及一些含氧官能团,但pH值和吸附能力差别较大,其中小麦秸秆制备的生物炭pH值最大,木屑制备的生物炭吸附能力最强;随着炭化温度的升高,生物炭表面含氧官能团总量减少,pH值升高,芳构化程度增加;生物炭吸附性能总体呈上升的趋势。     

羊粪生物炭对水体中诺氟沙星的吸附特性

以羊粪为原料分别在350、450、550、650℃条件下制备生物炭,通过元素分析、BET-N_2、电镜扫描及FTIR表征了不同热解温度下羊粪生物炭的结构特征,并采用序批实验研究了pH、生物炭投加量、热解温度、初始浓度等因素对羊粪生物炭吸附水体中诺氟沙星(NOR)的影响及吸附机制.结果表明,随着热解温度的升高,生物炭的比表面积、总孔容、平均孔径增大,芳香性和稳定性也有所提高.羊粪生物炭吸附NOR的最佳初始pH为6.0,吸附在180 min左右达到平衡,采用准二级动力学模型能更好地拟合动力学数据(R~20.96),吸附速率由表面吸附和颗粒内扩散共同控制.等温吸附拟合发现,Langmuir模型能较好地描述NOR在羊粪生物炭上的吸附行为(R~20.93),吸附过程均为有利吸附,且可能与氢键和π-π键作用密切相关,4种热解温度下生物炭的吸附能力大小为:650℃550℃450℃350℃.吸附过程中ΔGθ0、ΔHθ0、ΔSθ0,表明羊粪生物炭对NOR的吸附是自发、吸热及熵增加的过程.650℃和550℃条件下制备的羊粪生物炭可作为水体中NOR的优势吸附材料.     

不同生物质制备的生物炭对菲的吸附特性研究

以不同来源的生物质(荔枝树枝、小麦和水稻秸秆)为原料,在限氧条件下制备生物炭,对其进行表征,并进行吸附实验研究生物炭对菲的吸附特性。结果表明:生物炭的结构和理化性质随着生物质来源和热解温度的不同而呈现出明显的差异;荔枝树枝生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)要明显大于小麦秸秆和水稻秸秆制备所得的生物炭,说明木本植物来源的生物炭与草本植物来源的生物炭在结构性质上有着明显的差异;不同温度(300,400,500,600℃)制备的荔枝树枝生物炭对菲的吸附研究表明,随着热解温度的升高,生物炭对菲的吸附能力(qe)和吸附亲和力(Koc)明显增强,吸附等温线的线性程度降低。生物炭吸附菲的可能机制有疏水效应、孔隙填充效应以及π-π共轭反应等。     

老化的生物质炭性质变化及对菲吸持的影响

将稻壳分别在350℃和550℃热解温度下制备成生物质炭,避光条件下恒温培养300 d,通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和核磁共振等技术手段及平衡吸附实验,探究生物质炭老化前后的动态结构变化及对菲吸持作用的影响.结果表明,生物质炭老化过程中氧含量增加,含氧基团增多,对菲的非线性吸附行为显著增强.热解温度的不同决定了生物质炭老化过程中性质变化的差异,350℃热解的生物质炭,老化后极性增强,芳香性减弱,而550℃热解的生物质炭,老化后脂肪族碳类物质增加,羧基减少,芳香性增强,Langmiur预测的菲在350℃热解的生物质炭上老化前后的最大吸附量分别为3.57 mg·g-1、2.35mg·g-1,主要是老化后性质变化抑制了表面吸附作用,而550℃热解的生物质炭上老化前后的最大吸附量分别为0.42mg·g-1、4.17 mg·g-1,老化后吸附量的显著增加主要是生物质炭性质变化促进了对菲的分配作用与表面吸附作用.研究生物质炭在自然环境中的老化行为对环境污染物固定的稳定性有着重要意义.     

2甲4氯在土壤中吸附常数的测定

介绍２甲４氯除草剂在３种不同有机质含量的土壤中吸附常数的测定,利用批量平衡法建立了Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温线,获得了２甲４氯在土壤中有机碳吸附常数为１０８．２甲４氯在土壤中是单分子层吸附,其吸附行为属于物理吸附。     

铀在凹凸棒石上的吸附特性与机制研究

采用静态实验方法研究了凹凸棒石对水溶液中铀的吸附特性,考察了溶液pH值、初始浓度、吸附时间对吸附的影响,用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)表征凹凸棒石的形貌和结构,用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征凹凸棒石吸附铀前后结构的变化,探讨了凹凸棒石对铀的吸附动力学及吸附机制.结果表明,pH值对凹凸棒石吸附铀的影响显著,且在pH=5时吸附量最大.吸附量随着时间增大而增大,在2 h内可以达到平衡,吸附等温线方程符合Langmuir等温吸附模型,吸附过程为准二级动力学模型.由FTIR分析可得,凹凸棒石吸附铀后,在高频区3 700～3 000 cm-1内吸光度减弱,可能是由于铀与凹凸棒石的R—OH发生配位作用形成了R—OUO2+或(R—O)2UO2等络合物;在中频区1 700～800 cm-1内吸光度减弱,可能是铀离子和镁离子产生离子交换作用.铀在凹凸棒石上的吸附机制主要表现为离子交换和配位作用.     

粉煤灰对混合染料的吸附性能研究

以燃煤废弃物粉煤灰作为吸附剂,对活性红23和分散蓝56混合染料溶液进行吸附性能研究.实验结果表明:粉煤灰优先吸附离子型的活性染料,混合溶液中对活性红23的吸附能够在30 min达到平衡,而对分散蓝56的吸附则需要150 min才能够达到平衡,吸附动力学符合准二级吸附模型.在弱酸性环境中粉煤灰对分散染料的脱色高于碱性环境...     

铁氧化物陶瓷颗粒除氟效果及吸附特性研究

为了寻找一种新型的吸附材料处理含氟废水,研究采用了七水硫酸亚铁和三氧化二铁两种不同的铁氧化物陶瓷颗粒对含氟废水进行处理,实验对陶瓷颗粒的结构进行了电镜扫描(SEM)和比表面积(BET)的表征,探讨了陶瓷颗粒在吸附中的物理特征;在批实验中,探讨了陶瓷颗粒在吸附过程中不同pH、吸附剂量条件下的吸附表现,并对吸附等温线、动力...     

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.     

磁性壳聚糖的制备及处理亚甲基蓝废水

以戊二醛为交联剂,Fe₃O₄为磁核制备磁性壳聚糖,探究了其去除废水中亚甲基蓝的性能,以及吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学特征.结果表明,在磁性壳聚糖投加量为0.5g/L、pH=10、反应时间为60min的条件下,对亚甲基蓝的去除率和吸附容量分别达到97.6%和39.0mg/g,远高于天然壳聚糖的59.8%和23.9mg/g.磁性壳聚糖对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级反应动力学方程（R²=0.99902）和Langmuir等温线方程（R²=0.99961）,吸附过程是热力学自发过程,吸附反应是放热反应.     

富油煤热解产物在粉砂介质中的吸附行为研究

富油煤原位热解产生的油、气等有机物会通过岩层的压裂缝进入含水层,产生一系列环境行为效应.为探究富油煤热解产物对地下水的影响,以陕北榆神府矿区富油煤与含水介质粉砂为研究对象,采用批量平衡试验,开展了粉砂对煤焦油不同组分的吸附动力学与吸附热力学研究.结果表明：粉砂对煤焦油中酚油、萘油、洗油、蒽油、沥青的动力学吸附均符合准二级动力学方程,等温吸附模型符合Freundlich方程,说明粉砂对5种组分的吸附为单分子层化学吸附;受富油煤热解焦油组分含量差异影响,粉砂对5种组分的吸附量表现为酚油<萘油<洗油<蒽油<沥青,其最大吸附量分别为0.4520、0.7926、1.9015、3.6336、11.8001 mg·g^-1,吸附量总和占煤焦油含量的68%~85%;随着温度的升高,粉砂对5种组分的吸附能力均有所减弱,表明升高温度不利于吸附行为的进行,且反应的ΔG⁰<0表明粉砂对5种组分的吸附过程主要以化学吸附为主且属于放热反应.     

我国西北黄土对阿特拉津的吸附行为及影响因素

为了探讨ATZ(阿特拉津)在黄土中的吸附/解吸行为及主要影响因素,以我国西北黄土为供试土样,采用批量试验法研究了黄土对ATZ的吸附动力学和热力学行为特征. 结果表明:黄土对ATZ的吸附动力学过程更符合准二级动力学模型,吸附热力学过程更符合线性分配的Henry吸附模型(R2>0.90),吸附过程中ΔGθ(吉布斯自由能)及ΔHθ(焓变)均小于0、ΔSθ(熵变)大于0,25～45 ℃温度范围内E(吸附平均自由能)为0.86～1.30 kJ/mol,表明黄土对ATZ的吸附过程以物理吸附为主,属于自发放热过程且导致吸附体系混乱度增加. 黄土对ATZ的吸附影响因素分析结果显示,随着系统温度的升高,ATZ在黄土中的饱和吸附量下降;pH在2～10范围内变化时,ATZ在黄土中的饱和吸附量随pH的增加呈明显降低趋势;初始ρ(ATZ)从2.5 mg/L增至10.0 mg/L时,黄土对ATZ的饱和吸附量也相应地从0.082 5 mg/g增至0.621 0 mg/g. 结果显示,ATZ在黄土中的吸附速率受内部扩散、表面吸附和液膜扩散的共同影响,并且吸附过程主要受到土壤有机质疏水性分配作用的影响.      

壳聚糖的改性及其去除废水中染料物质的性能研究

采用戊二醛交联FeCl_3制备改性壳聚糖吸附处理染料废水,以20 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液作为处理对象,探究氯化铁改性壳聚糖(FeCl_3-CTS)投加量、废水p H值、反应时间对其处理亚甲基蓝废水性能的影响,并对吸附动力学、吸附等温线过程进行拟合.结果表明,FeCl_3-CTS对亚甲基蓝废水的处理效果远高于未改性壳聚糖(N-CTS),尤其是在投加量为0.1 g·L~(-1)、p H=6的条件下,经FeCl_3-CTS处理50 min后,亚甲基蓝废水的脱色率高达99.4%,FeCl_3-CTS对亚甲基蓝的吸附容量高达198.8 mg·g~(-1),与N-CTS的54.8%和109.6 mg·g~(-1)相比,均有显著的提高.吸附动力学、吸附等温线拟合结果显示,FeCl_3-CTS对亚甲基蓝废水的吸附过程符合准二级反应动力学方程(R2=0.9992)和Langmuir等温线方程(R~2=0.9995).     

UiO-66对废水中二氯苯氧乙酸的吸附特性

以Ui O-66型金属有机框架为吸附剂,研究了时间、p H值和温度对自制金属有机框架Ui O-66吸附2,4-D性能的影响.结果表明,Ui O-66的吸附平衡时间为24 h;初始溶液最佳p H值为4.0;Ui O-66上的平衡吸附量随温度的升高而增加,实验最佳温度应控制在30℃.Ui O-66对2,4-D的吸附符合Langmuir吸附模型;吸附动力学符合拟二级模型;颗粒内扩散过程是吸附速率控制步骤;热力学计算结果显示ΔG0、ΔH0、ΔS0,由此判断吸附是自发、吸热、熵增加的化学过程.本实验表明,Ui O-66在去除农业废水中2,4-D领域有实际应用的潜力.