载氧化镁水生植物生物炭的特性表征及对水中磷的吸附

为去除富营养化水体中的磷并实现水生植物的资源化利用,以水生植物芦苇和互花米草为原材料,通过MgCl_2改性制备了不同Mg~(2+)和植物配比的共12种生物炭,考察对水体中磷的吸附能力及镁改性前后生物炭特性的差异.结果表明,当Mg~(2+)与芦苇、Mg~(2+)与互花米草的质量比为0.48、0.36时,制得的两种生物炭对20 mg·L~(-1)磷的吸附能力最强,分别为8.52 mg·g~(-1)和9.21 mg·g~(-1),是未改性时的79倍和66倍;对溶液中20mg·L~(-1)磷的去除率分别达到85.2%和92.1%.改性后芦苇和互花米草生物炭C、H、N含量减少,Mg含量分别增加到22.77%和23.46%.芦苇生物炭改性后比表面积减小了118.71 m~2·g~(-1),互花米草生物炭增加了22.59 m2·g~(-1);二者孔容和平均孔径均有所增加.改性前后生物炭的表面官能团种类相同.XRD测试指出MgO为改性生物炭的复合纳米颗粒中最主要的晶相;SEM展现了布满MgO的改性生物炭表面及孔道.机理分析表明,MgO是生物炭吸附磷的关键.     

改性芦苇生物炭对水中低浓度磷的吸附特征

为吸附处理低浓度含磷废水和实现芦苇资源化利用,将湿地植物芦苇制备成生物炭,通过负载氯化铁进行改性,探究了改性芦苇生物炭对水体中磷的吸附特征.结果表明,改性后芦苇生物炭的含铁量为11.98 mg·g~(-1),是改性前的44.7倍;改性芦苇生物炭p H_(pzc)为7.49,当溶液p H为7.0时,吸附效果最好;在磷溶液浓度为4.0 mg·L~(-1)、温度为298K时,改性芦苇生物炭平衡吸附量为0.658 mg·g~(-1),是未改性生物炭吸附量的34.6倍.研究不同温度下的吸附等温线,Langmiur方程很好地拟合不同温度的吸附等温线,该吸附是单层吸附,温度升高有利于吸附.吸附热力学研究表明,ΔG~θ0、ΔH~θ0和ΔS~θ0,说明该吸附是自发、熵增的吸热过程.假二级方程很好地拟合改性芦苇生物炭吸附磷的动力学数据,初始吸附速率随初始浓度的增大而增大,该吸附主要受颗粒内扩散控制.该研究为改性芦苇生物炭用于污水处理厂和水体深度除磷提供基础数据.     

Ca/Mg负载改性沼渣生物炭对水中磷的吸附特性

为处理含磷废水和实现沼渣资源化利用,将农业废弃物沼渣制备成生物炭(ZZs),通过Ca Cl2和MgCl2溶液对其进行浸渍改性,探究改性沼渣生物炭(CMZZs)对水体中磷的吸附特征.结果表明,改性后沼渣生物炭钙镁含量分别是改性前的1. 3和15. 4倍; SEM-EDS、BET、FTIR和XRD等测定表明,改性未改变生物炭表面化学官能团种类,但改性后生物炭出现新的衍射峰,与标准卡片对比后认为可能存在Mg(OH)_2、MgO等物质.当温度为303 K,溶液pH为9. 0时,CMZZs最大吸附量为76. 92 mg·g~(-1),是改性前的30. 1倍.等温吸附实验数据符合Freundlich方程,为多层吸附.吸附动力学分析发现,改性后生物炭在100 min内基本达到吸附平衡,吸附过程符合假二级动力学方程,以化学吸附为主.上述结果说明钙镁改性沼渣生物炭对于去除水中磷具有潜在价值.     

磁性生物炭对水中CIP和OFL的吸附行为和机制

采用化学共沉淀方法将Fe2+/Fe3+和芦苇生物质材料进行复合,然后于873.15 K限氧热解制备出具有磁分离及高吸附性能的磁性生物炭(MBC).利用SEM、BET、FTIR和VSM等对其理化性质进行表征,并考察了MBC对水中环丙沙星(CIP)和氧氟沙星(OFL)的吸附行为和机制.结果表明,MBC表面含有大量的含氧官能团,比表面积和总孔体积分别为254.6 m2·g-1和0.257 cm3·g-1.MBC对CIP和OFL的吸附有很强的p H和温度依赖性.不同p H下,CIP和OFL各形态离子(阳离子、两性离子和阴离子)对吸附的贡献不同.MBC对CIP和OFL的吸附过程为自发、熵增的吸热过程.CIP和OFL在磁性炭上的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型.MBC对CIP和OFL的平衡吸附量分别为27.84 mg·g~(-1)和22.00 mg·g~(-1).孔填充作用、π-π电子供体受体作用、氢键作用、疏水作用和静电作用可能是MBC吸附CIP和OFL的重要机制.     

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.     

微波辅助合成γ-Fe2O3/花生壳磁性生物炭对水体中环丙沙星吸附的研究

基于化学共沉淀法,利用微波辅助成功合成了γ-Fe_2O_3/花生壳磁性生物炭复合材料.结果表明,微波辅助合成扩大了生物炭的比表面积和孔隙体积,提高了生物炭表面γ-Fe_2O_3颗粒的分散度.此外,微波效应使得γ-Fe_2O_3牢固地附着在生物炭表面并提高了吸附剂的磁性.在最佳pH=6.0的条件下,微波辅助合成的磁性生物炭对环丙沙星(CIP)的吸附量为8.30 mg·g~(-1),吸附量高于传统法制备的吸附剂(4.50 mg·g~(-1)).吸附过程受多重机制控制,5次循环实验证实由微波辅助合成的γ-Fe_2O_3/花生壳磁性生物炭纳米复合材料是一种高效、稳定、可重复使用的吸附剂.微波辅助合成给磁性生物炭优化提供了新思路,为提高吸附剂对有机污染物的有效去除提供了新的途径.     

改性稻壳生物炭对水溶液中甲基橙的吸附效果与机制

本文以废弃稻壳为原料,通过不同改性方法将其制成生物炭吸附剂,并用于水体中甲基橙(MO)的吸附.通过氮吸附、X射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜分析(SEM)、热重分析(TG)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术分析了改性剂种类、浸渍比和热解温度对生物炭的物理化学性质及对MO吸附量的影响,发现热解温度为400℃,以ZnCl_2为改性剂,浸渍比为2∶1时制备的生物炭Z2RT400对MO的去除效果最好.以Z2RT400为吸附剂,探究吸附剂添加量、吸附时间、初始污染物浓度、溶液pH等对甲基橙吸附效果的影响,结果表明,饱和吸附时间为420 min,吸附反应的最佳pH为4,当吸附剂用量为10 mg,初始甲基橙浓度为2 000 mg·L~(-1)时,Z2RT400对MO的最大吸附量可达1 967. 72 mg·g~(-1);当吸附剂添加量为80 mg时,去除率最高可达99. 52%.此外,对吸附机制进行分析,发现吸附等温线数据符合Freundlich模型,吸附动力学数据符合拟二级动力学模型,说明吸附以化学吸附为主,物理吸附为辅.因此,废弃稻壳为原料改性制备的生物炭可作为高效的有机染料吸附剂,并应用于水体中污染物的治理.     

碱和磁复合改性小麦秸秆生物炭对水体中镉的吸附特性及机制

通过对小麦秸秆生物炭(BC)进行碱和磁复合改性得到改性小麦秸秆生物炭(FKC),在SEM-EDS、 BET、 FT-IR、 XRD和VSM等表征的基础上,研究了FKC对水中Cd~(2+)的吸附特性及温度、pH值和投加量等对吸附特性的影响,探讨了碱和磁复合改性提高小麦秸秆生物炭吸附Cd~(2+)性能的机制.结果表明,与BC相比,KFC结构疏松多孔,表面积增加了19.11倍,O—H、■等芳香族和含氧官能团数量增多,并且出现新的官能团Fe—O. FKC具有磁性,其磁化强度为8.43 emu·g~(-1),能够回收重复使用. FKC对Cd~(2+)的吸附更符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型,表明其主要以化学吸附为主,FKC的理论最大平衡吸附量为23.44mg·g~(-1),是BC的1.47倍. FKC对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程.在pH为2～8范围内,随pH的升高FKC的吸附能力逐渐提高.生物炭的投加量为10 g·L~(-1)较好.经3次"吸附-解吸-再吸附"循环后,FKC对Cd~(2+)的吸附量仍达到17.71mg·g~(-1),表明其有良好的重复利用性.该研究结果可为碱和磁复合改性小麦秸杆生物炭应用于Cd污染废水处理提供理论指导.     

3种吸附剂对污水磷污染去除性能与机制比较

为探索高效利用膨润土、红壤和炉渣去除农业污水磷污染的可行性,对比分析了3种吸附剂对人工合成含磷污水的吸附去除特性,结合SEM、XDS和BET等测试结果以及等温吸附、吸附动力学及Ca2+释放量探讨了3种材料对磷的吸附机制.结果表明,炉渣对磷的吸附能力高于膨润土和红壤,吸附过程均适合Langmuir等温吸附方程(R2 0. 96),对磷的理论饱和吸附量为:炉渣(16. 87 mg·g~(-1))红壤(1. 21 mg·g~(-1))膨润土(0. 92 mg·g~(-1)).炉渣对磷的吸附动力学特征符合Elovich方程(R2=0. 966),而膨润土和红壤对磷的吸附特征则更适合准二级动力学方程(R2为0. 982和0. 959).炉渣的Ca2+释放量(10. 46 mg·g~(-1))显著大于膨润土(0. 31 mg·g~(-1))和红壤(0. 03 mg·g~(-1))(P 0. 05).红壤对磷的吸附量随着p H的升高而降低;膨润土在初始p H为7. 0时,吸附量最低;但初始p H值对炉渣去除磷的影响不大.相比红壤和炉渣,膨润土解吸较快,易于进行重复利用.综上所述,吸附材料的磷吸附能力主要与其结构、化学组成、Ca2+释放能力及溶液初始p H值等有关,炉渣较膨润土和红壤对磷酸盐有着更强的去除能力,适合处理农村污水磷污染.     

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).     

氧化镁基生物质炭高效去除水体中磷的特性

利用花生壳为前驱体,在高温限氧条件下,将氧化镁(MgO)负载于生物质炭(BC)表面制备出氧化镁基生物质炭(MgOBC)复合材料.系统研究了MgO-BC对水体中P的吸附特性,并探讨了溶液pH值、接触时间、竞争离子等因素对P的吸附效果的影响.结果表明,P的最佳吸附初始pH为7~9,过酸过碱的环境均不利于P的吸附;P的吸附过程可在540 min内达到平衡,且动力学曲线较好地符合伪一级和伪二级动力学模型,拟合系数可达97.3%和99.0%;当Cl~-、HCO_3~-、NO_3~-等共存离子的量浓度达到P的10倍时,MgO-BC对P仍具有较强的吸附能力;P的吸附过程较好地符合Langmuir等温模型,拟合系数达99%,理论最大吸附容量为138.07 mg·g~(-1),远高于其它未经改性或改性的生物质炭和几种典型P吸附剂的吸附容量.此外,吸附P后的复合材料可作为肥料施入土壤,可有效实现P的再利用.综上所述,该MgO-BC复合材料在净化实际P污染水体中有着广阔的应用前景.     

紫外辐照改性生物炭对VOCs的动态吸附

采用365 nm紫外光辐照改性椰壳生物炭,以提升对挥发性有机污染物(VOCs)的吸附性能.选取苯和甲苯两种典型的VOCs为吸附质,考察了改性前后生物炭的吸附穿透曲线.结果表明,紫外辐照改性后的生物炭其吸附性能显著增加,对苯和甲苯的饱和吸附量分别由7.27 mg·g~(-1)和7.98 mg·g~(-1)提升至122.80 mg·g~(-1)和236.36 mg·g~(-1),吸附穿透时间也由1 min和2 min大大延长至390 min和620 min.生物炭表面理化特征分析表明,紫外辐照增大了生物炭表面含氧官能团的含量和外比表面积,这可能是改性生物炭吸附性能提升的关键因素.Yoon-Nelson、Thomas和BDST模型均能很好地模拟改性生物炭对不同浓度苯和甲苯的吸附过程,其相关系数大于0.992.热重分析结果表明,紫外辐射对生物炭的热稳定性影响甚微.改性生物炭吸附饱和后,可经热再生后重复利用,对甲苯的吸附重复利用5次后仍有较高的吸附能力.     

不同生物炭对磷的吸附特征及其影响因素

为了实现植物生物质资源化利用,选择5种生物质材料制备生物炭,通过比较5种生物炭材料的磷吸附能力,筛选出了2种磷吸附效果较佳的材料,并探明了筛选生物炭材料的理化性质及其对磷的吸附特征.结果表明,5种生物炭材料中,仅水稻秸秆和玉米秸秆生物炭对磷具有吸附能力.Langmuir等温吸附曲线表明,水稻秸秆生物炭对废水中磷的吸附能力强于玉米秸秆生物炭,理论最大吸附量为：水稻秸秆生物炭(9.78 mg·g^-1)>玉米秸秆生物炭(0.39 mg·g^-1).水稻秸秆生物炭的比表面积(148.30 m²·g^-1)和总孔体积(0.11 cm³·g^-1)远高于玉米秸秆生物炭8.26 m²·g^-1和0.03 cm³·g^-1,同时水稻秸秆生物炭有更高的Mg、 Ca、 Fe和Al元素含量.水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭对磷吸附的最佳pH为酸性;在不同的pH范围内（3.0～11.0）,水稻秸秆生...     

铈改性水葫芦生物炭对磷酸盐的吸附特性

本研究通过共浸渍-热解法开发了一种铈改性水葫芦生物炭吸附剂（Ce-BC）,用以去除实际废水中的磷酸盐,考察了Ce-BC投加量、废水pH值、反应时间及共存的竞争性离子对吸附过程的影响.结果表明,当Ce-BC投加量为0.4 g·L^-1,初始磷酸盐溶液pH值介于3~10时,Ce-BC对磷酸盐的吸附性能最佳,最大吸附量达到35.00 mg·g^-1.Ce-BC对磷酸盐的吸附过程符合准二级动力学模型,并能在1 h内达到98%的磷酸盐去除率,吸附速率快.此外,Ce-BC具有较高的抗阴离子干扰能力,且具有良好的再生性能,Ce-BC经过4次再生后仍能保持90%以上的初始吸附效率.场发射扫描电镜-能量色散光谱（FESEM-EDS）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射光谱（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等表征结果表明,Ce-BC对磷酸盐的吸附机制主要包括配体交换和内球络合.本研究制备的Ce-BC吸附剂,可以有效去除及回收实际生活污水中的磷酸盐,在避免水体富营养化的同时实现磷资源的回收利用.     

窄孔径含磷棉秆生物质炭的制备及对四环素的吸附机制

以棉秆为生物质原料,磷酸为改性剂,一步碳化制备了兼具高比表面积(1 916 m²·g^-1)和孔体积(1.398 2 mL·g^-1)的窄孔径含磷棉秆生物质炭(CSP),并研究了其对四环素(TC)的吸附行为.结果表明,磷酸改性制备的窄孔径含磷棉秆生物质炭对TC吸附量高达669mg·g^-1,是未改性棉秆炭的43.6倍;红外光谱(FTIR)、 X射线(XPS)和等温吸附研究表明,CSP对TC的高吸附量是表面络合、氢键、孔隙填充和π-π色散等多种吸附力共同作用的结果,其中磷酸改性赋予的高活性磷酸酯类基团(P—O—C)与TC分子间的化学络合作用强且贡献度高,是吸附量显著提升的最关键因素.静态等温吸附与热力学研究结果进一步证实TC在含磷棉秆炭吸附过程中化学吸附起主要作用,吸附过程属于自发的吸热过程.研究结果可为利用棉秆资源定向制备高效吸附TC的高活性磷掺杂生物质炭提供了一种潜在的简便高效途径.     

不同锆负载量锆改性膨润土对水中磷酸盐吸附作用的对比

通过实验对比考察了不同锆负载量的锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附作用.结果表明,锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,整个过程可以分为快速吸附阶段、缓慢吸附阶段和平衡吸附阶段,其中缓慢吸附阶段的吸附速率受膜扩散和颗粒内扩散所控制.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附等温实验数据可以采用Langmuir、Freundlich、Sips和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型进行拟合.实验条件下,磷酸盐吸附性能随pH增加而降低.溶液共存的Na~+、K~+和Ca~(2+)促进了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附,并且Ca~(2+)的促进作用远远大于Na~+和K+,而溶液共存的HCO-3和SO2-4一定程度上抑制了锆改性膨润土对磷酸盐的吸附.锆改性膨润土吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换并形成内层磷酸盐配合物.锆改性膨润土对水中磷酸盐的吸附能力随着锆负载量的增加而增加,而锆改性膨润土中单位质量ZrO_2对水中磷酸盐的吸附量则随着锆负载量的增加而降低.当ZrO_2负载量由3.61%增加到13.15%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量(以P计)显著地由3.83 mg·g~(-1)增加到9.03 mg·g~(-1),而继续增加ZrO_2负载量至19.63%时锆改性膨润土的最大单层单位吸附量则缓慢地提高到9.66 mg·g~(-1)(以P计).当ZrO_2负载量由3.61%逐渐增加到19.63%时,锆改性膨润土中单位质量ZrO_2的磷酸盐最大吸附量[m(P)/m(ZrO_2)]由106 mg·g~(-1)逐渐下降到49.2 mg·g~(-1).综合考虑吸附剂的经济成本和吸附容量,ZrO_2负载量为13.15%锆改性膨润土更为适合作为吸附剂去除水中磷酸盐.     

CuFeO2改性生物炭对四环素的吸附特性

利用共沉淀和水热法于生物炭（BC250、BC350、BC450、BC550和BC650）负载CuFeO₂,得到的复合材料对水中四环素（TC）具有较好的去除效果.CuFeO₂与BC450质量比为2 ：1的CuFeO₂改性生物炭（CuFeO₂/BC450=2 ：1）对TC的吸附性能最强.TC于CuFeO₂/BC450=2 ：1的吸附符合颗粒内扩散模型,表明吸附是界面和孔隙扩散控制的过程.在中性pH、298 K下,CuFeO₂/BC450=2 ：1对TC的Langmuir最大吸附量为82.8 mg ·g^-1,远大于BC450的13.7 mg ·g^-1和CuFeO₂的14.8 mg ·g^-1.热力学结果表明,CuFeO₂/BC450=2 ：1对TC的吸附是自发和吸热过程.随pH增加,CuFeO₂/BC450=2 ：1对TC的吸附去除呈先增加后降低的趋势,中性条件时效果最佳.CuFeO₂/BC450=2 ：1对TC的强吸附得益于CuFeO₂负载对材料孔隙结构的改善、比表面积的增大和表面官能团、电荷属性的改变.研究结果为净化抗生素污染提供了一种高效的磁性吸附剂.     

锆-十六烷基三甲基氯化铵改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附特性

采用锆(Zr)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对活性炭进行联合改性,考察了所制备的Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附去除作用,并探讨了相关的吸附去除机制.结果表明,Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐均具备较好的吸附去除能力.Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐和磷酸盐吸附动力学过程满足准二级动力学模型.Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温吸附模型可以较好地描述Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐的等温吸附过程,Langmuir和D-R等温吸附模型可以较好地描述Zr-CTAC改性活性炭对水中磷酸盐等温吸附过程,通过Langmuir模型计算得到吸附剂对硝酸盐和磷酸盐的最大单位吸附量分别为7.58 mg·g-1和10.9 mg·g-1.高的p H会抑制Zr-CTAC改性活性炭对水中硝酸盐和磷酸盐的吸附.水中共存的Cl-、HCO-3和SO2-4等阴离子均会抑制Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐和磷酸盐的吸附,且对吸附硝酸盐的抑制作用较强而对吸附磷酸盐的抑制作用较弱.水中共存的磷酸盐对Zr-CTAC改性活性炭吸附硝酸盐的抑制作用较强,而水中共存的硝酸盐对Zr-CTAC改性活性炭吸附磷酸盐的抑制作用较弱.1 mol·L-1Na Cl溶液可以使90%左右被吸附到Zr-CTAC改性活性炭表面上的硝酸盐解吸下来.1 mol·L-1的Na OH溶液可以使78%左右被吸附到Zr-CTAC改性活性炭表面上的磷酸盐解吸下来.Zr-CTAC改性活性炭对硝酸盐的吸附机制主要包括阴离子交换作用和静电吸引作用,对磷酸盐的吸附机制主要包括配位体交换作用、阴离子交换作用和静电吸引作用.上述结果说明Zr-CTAC改性活性炭适合作为一种吸附剂去除废水中的硝酸盐和磷酸盐.