敌草隆在市售草木灰及生物质电厂灰上的吸附特性研究

对1种市售草木灰及3种生物质电厂灰的表面性质及化学组成进行表征,研究了它们对农药敌草隆的吸附等温线及吸附动力学特征.结果表明,无论市售生物质灰还是生物质燃料燃烧后的废灰,对敌草隆的吸附均为复杂的多反应过程,这与它们复杂的空洞结构和化学组成有关.BET表面积标化吸附量显示,微孔和中孔较多的电厂灰1和电厂灰3,单位表面积的体积饱和吸附量较高,表明表面积及孔径分布是影响吸附不可忽视的重要因素.有机碳含量标化吸附系数显示,饱和烷烃及芳香烃类非极性化合物含量较高的电厂灰的标化吸附系数均大于羧基等极性化合物含量较高的市售生物质灰,表明有机质含量及有机质的化学组成,尤其是非极性有机物的含量是影响疏水性有机化学品吸附容量的重要因素.以上结论暗示着生物质电厂灰在污染底质原位治理方面具有很大的应用潜力.     

生物质活性炭原位修复有机物污染底泥技术研究与应用

污染底泥是水体中重要的内源污染,生物质活性炭作为原位修复技术的覆盖材料,正在逐步应用于污染底泥的原位修复.应用椰壳颗粒活性炭与果壳颗粒活性炭对有机物污染底泥进行原位修复,测定2种生物质活性炭的比表面积、孔径分布、表面官能团等理化性质,并应用2种生物质活性炭进行了原位治理污染底泥的实验室静态模拟试验和实地现场试验,在实地现场试验中增加煤基活性炭与2种生物质活性炭进行对比.结果表明:①2种生物质活性炭的表面性质与化学组成相似,但椰壳颗粒活性炭比表面积较大,微孔孔隙结构略微发达,极性基团较少.②实验室静态模拟试验中,2种生物质活性炭对底泥中的PAHs（多环芳烃）、PAEs（酞酸酯）和苯系物（benzenes）3类有机污染物均有很好的稳定化修复效果,投加生物质活性炭10个月后,底泥孔隙水中3类污染物的质量浓度降低93.2%以上;对不同种类有机污染物,孔隙水降低率略有差距,与2种生物质活性炭理化性质的差异有关.③实地现场试验中,2种生物质活性炭和煤基活性炭对3类有机污染物的稳定化修复效果均呈现PAEs > PAHs >苯系物,煤基活性炭的修复效果略高于2种生物质活性炭.研究显示,在10个月的修复时间下,生物质活性炭对有机物污染底泥有明显的修复效果,可使底泥孔隙水中PAHs、PAEs和苯系物类有机污染物质量浓度降低90%以上,并且与煤基活性炭相比,生物质活性炭对环境造成的污染印迹更小.      

炭质修复剂原位治理萘和菲污染沉积物技术研究

目前,新型污染沉积物治理技术-炭质修复剂原位治理技术在中国鲜有研究和应用。选择3种炭质吸附剂为修复剂,对其表面性质进行表征,应用索氏提取、序列提取和半透膜被动采样法(SPMDs)分析方法评价了3种炭质修复剂原位治理萘和菲污染沉积物的效果。实验室模拟实验表明,掺混炭质修复剂3个月后萘和菲的SPMD富集量分别降低了35%~53%和33%~43%。现场实验表明:凉水河沉积物中萘的A2(提取剂为水与甲醇体积比1∶1)浓度降低45%~77%,说明炭质修复剂对萘和菲有较强的"固定"作用,炭质修复剂的加入能降低沉积物中有机污染物的生物可利用性;草木灰治理效果强于2种生物质电厂灰,这可能是因为其比表面积大于生物质电厂灰。     

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).     

生物炭颗粒的分级提取、表征及其对磺胺甲噁唑的吸附性能研究

以玉米秸秆为原料,在不同温度条件下(300~600℃)制备生物炭,并对生物炭进行粒径分级(50~250μm,5~50μm,1~5μm,1.0μm).通过比表面积测定仪、透射电镜、纳米粒度仪、X射线光电子能谱对不同粒径生物炭的理化特性进行表征;并以粗粒径(50~250μm)生物炭为对照,探讨生物炭胶体颗粒对典型有机污染物磺胺甲噁唑(SMX)的吸附性能.结果表明:生物炭胶体颗粒比粗粒径生物炭具有更大的比表面积以及更发达的微孔结构,且随着制备温度的升高,生物炭胶体颗粒的比表面积和孔容提高更加显著;生物炭胶体颗粒表面含有更多的含氧官能团以及矿质元素;生物炭胶体颗粒对SMX的等温吸附曲线能够用Freundlich吸附方程较好地拟合,表明吸附过程可能为异质性表面吸附,且吸附能力显著强于粗粒径生物炭.以上结果表明,生物炭胶体颗粒具有独特的理化特性,因而在环境中可能参与更多的生物地球化学过程;此外,其对有机污染物具有更强的吸附能力,加之较强的迁移特性,很有可能作为载体促进污染物在水土环境中的迁移转化.因此,在充分利用生物炭改土固碳的同时,有必要关注其可能引起的环境风险.     

秸秆生物质环境材料的制备及对水中多环芳烃的处理性能

300～700℃下热解炭化黄豆、芝麻、玉米秸秆8h,制备了秸秆生物质环境材料,测定了秸秆生物质环境材料的BET比表面积及其对亚甲基蓝和碘的吸附能力.以多环芳烃(PAHs)为目标污染物,探讨了生物质环境材料对水中单一和复合PAHs的吸附性能.结果表明,随热解温度升高,秸秆生物质环境材料比表面积增大,其对亚甲基蓝、碘的吸附...     

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...     

不同原料生物炭的理化特性及其作炭基肥缓释载体的潜力评价

生物炭作炭基肥缓释载体的能力与其理化性质密切相关,因此在制备炭基肥前有必要对不同原料和热解温度制备的生物炭的理化性质进行评价.以苹果枝条、棉秆和杜仲枝条为原料,通过生物质干馏设备在400、 500、 600和700℃热解温度下制备生物炭,并对生物炭的pH、比表面积及孔隙结构、表面官能团和矿物组成等理化性质进行表征和灰色关联度分析,结合生产成本评价生物炭用于炭基肥缓释载体的潜力.结果表明,3种原料制备的生物炭的产率均随热解温度的升高而降低,其中400℃制备的苹果枝条生物炭的产率最高（37.4%）.所有生物炭的pH值均>10,表现出强碱性.在400～500℃热解温度范围内,苹果枝条、棉秆和杜仲枝条生物炭的比表面积和总孔容随温度的升高增大,最大比表面积分别为265.262 7、 107.449 1和316.185 4 m²·g^-1;当热解温度>500℃时,比表面积和总孔容减小.FTIR和XRD图谱分析表明,所有生物炭具有丰富的芳香结构,其中苹果枝条和棉秆生物炭含有较多的矿物组分,杜仲枝条生物炭为非晶生物炭.灰色关联分析表明当热解温度为5...     

燃煤飞灰对锅炉烟道气中Hg0的吸附特性

在实验室模拟研究了燃煤飞灰颗粒组分对燃煤烟道气中气相Hg的吸附脱除特性.试验结果表明,Hg吸附量随飞灰烧失量的增长而增大,飞灰中不同类型介质的气相Hg吸附特性差异显著,其中未燃尽炭的Hg吸附性能最强,吸附剂BET比表面积与其Hg吸附量呈正相关关系.载气气相Hg浓度与Hg吸附量成非线性正相关关系,即Hg浓度为5×107时的Hg吸附量只有5×10-6的1/2.吸附温度与Hg吸附量呈较显著负相关关系.残炭表面的含氧官能团C=O有利于Hg的氧化和化学吸附.燃煤飞灰炭粒所具有的多孔隙结构和巨大比表面积有利于吸附脱除烟道气中Hg污染物.     

硫脲改性猪粪生物质炭对模拟农田径流中镉和草甘膦吸附特征

为同时去除农田地表径流中的重金属和农药,利用猪粪制备未改性猪粪生物质炭（简称"未改性生物质炭"）和硫脲改性猪粪生物质炭（简称"改性生物质炭"）,分析比较硫脲改性对生物质炭的pH、元素组成、表面含氧官能团和巯基含量等理化性质的影响,并系统地研究了单一和复合污染体系中初始浓度对两种生物质炭吸附水溶液中镉（Cd）和草甘膦效率的影响.结果表明:①与未改性生物质炭相比,改性生物质炭的pH、O/C（原子比）和H/C（原子比）降低,比表面积增大,含氧官能团和巯基含量增加.②与未改性生物质炭相比,改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附能力增强,最大表观吸附量（Q_max）增加了近3倍;随着Cd和草甘膦初始浓度的增加,未改性和改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附量逐渐增加,增加量最高分别达18.52%和7.60%.③单一污染体系中两种生物质炭对Cd或草甘膦的吸附更符合Langmuir等温吸附模型,说明其对Cd或草甘膦的吸附机理是单分子层的吸附起主导作用.④复合污染体系中,未改性和改性生物质炭对Cd的吸附能力分别增加了25.28%和21.26%,未改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量增加了29.34%,但改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量降低了47.28%;未改性和改性生物质炭对草甘膦的吸附能力减弱,但最大表观吸附量分别增加了2.63和3.45倍.研究显示,硫脲改性猪粪生物质炭作为一项有前景的新技术,为解决实际环境中的复合污染问题提供了经济环保的技术手段.      

生物炭对农田土壤CO2排放的影响研究进展

生物炭是生物质在缺氧或者限氧条件下经热解后产生的富碳产物。目前,生物炭被广泛应用于农业生产领域,可改善土壤质量,提高农田土壤碳汇。生物炭还田后,使土壤物理、化学和生物学等性质发生变化进而影响土壤CO₂的排放。本文从生物炭理化特性、土壤性质以及生物炭稳定性等角度综述生物炭对土壤CO₂排放的影响。主要内容包括不同炭化温度和生物质来源的生物炭特性(pH、比表面积、孔径、挥发分和灰分等)及其对土壤CO₂排放的影响;生物炭还田土壤特性变化及其对土壤CO₂排放的影响;生物炭稳定性及其对土壤CO₂排放的影响。本文基于以上三个方面综述了生物炭对农田土壤CO₂排放的影响,并在此基础上对生物炭的固碳减排效应进行展望,以期为生物炭的合理施用、农田固碳减排等提供基础和参考。     

植物根际分泌有机酸对生物炭吸附Pb (Ⅱ)的影响

本研究采用室内模拟实验的方法,考察了生物炭（热解温度200,300,400,500℃）对Pb（Ⅱ）的吸附行为,并以草酸和柠檬酸为代表,探讨有机酸对生物炭吸附Pb（Ⅱ）的影响.结果表明：Langmuir模型较Freundlich模型更适合于对两类生物炭（花生壳生物炭、松木生物炭）吸附Pb（Ⅱ）的数据进行拟合,200℃制备的花生壳生物炭对Pb（Ⅱ）的吸附容量最大;生物炭吸附Pb（Ⅱ）的过程为自发过程,且花生壳生物炭强于松木生物炭,低温生物炭强于高温生物炭;柠檬酸浓度为2.60×10^-2mmol/L及草酸浓度为7.65×10^-2mmol/L以下时,其在生物炭表面的吸附为Pb（Ⅱ）提供了更多的吸附位点,从而促进了Pb（Ⅱ）吸附;有机酸浓度增大以后,占据生物炭的内部孔隙,竞争重金属吸附位点,从而抑制了Pb（Ⅱ）在生物炭上的吸附.本研究将为系统认识生物炭的环境效应提供重要的基础信息,有助于全面评估有机酸影响下生物炭在环境修复中的功能.     

不同生物炭对酸性农田土壤性质和作物产量的动态影响

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白（CK）、水稻秸秆生物炭（RSB）、玉米秸秆生物炭（MSB）、小麦秸秆生物炭（WSB）、稻壳生物炭（RHB）和竹炭（BCB）这6种处理,生物炭按质量分数0.1%施入农田进行长期定点试验,测定水稻、油菜和玉米这3季作物产量和作物收割后的土壤理化性质.结果表明,添加不同原料生物炭可有效提高土壤pH和交换性能,降低交换性酸含量,作用效果随时间下降.生物炭对盐基离子组成的影响为提高交换性K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量,降低Na⁺含量.生物炭能不同程度地增加土壤有机质（SOM）、速效磷、总磷和无机磷（Al-P和Fe-P）含量,作物产量较当季对照显著提高（P<0.05）,稻壳生物炭在改良酸性土壤理化性质和提高作物产量方面效果较好.     

溶磷微生物改性生物炭吸附重金属的机理研究

利用磷溶菌（PSB）对稻壳（RB）和污泥（SB）生物炭进行不同时间的改性,研究了其对水体中Pb²⁺和Cd²⁺（1000mg/L）的修复机制.主要通过测定改性生物炭的理化特性和重金属含量,并利用结构方程模型研究了微生物改性生物炭对重金属的吸附机理.结果表明,PSB显著改善生物炭的孔径结构、比表面积BET （增加了12.5%~175.0%）和表面官能团.特别是还增加了生物炭中C和P元素的释放,促进了生物炭表面的生物矿化机制.PSB改性显著提高了生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附作用（RB提高：Pb²⁺=9.5%~34.5%,Cd²⁺=34.7%~219.9%,SB提高：Pb²⁺=65.3%~101.3%,Cd²⁺=106.6%~248.6%）.通过Pb和Cd的修复差异,发现不同重金属对微生物的胁迫是导致改性生物炭对重金属的修复反应路径相反的原因.此外,结构方程模型证实6~12h的PSB改性效果最好,且BET不是主要影响因素.不同的生物质炭改性后的修复机制也存在明显差异,孔径结构（R_max²=0.99）是改性RB的主要吸附途径,化学沉淀（R_max²=0.99）是改性SB的主要吸附途径.     

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.      

水葫芦/污泥共热解法制备生物炭粒及其对Cr3+的吸附特性

为了促进水葫芦和污泥的资源化利用,探究水葫芦/污泥生物炭粒的基本理化性质及其对水中Cr3+的吸附机制,以水葫芦、污泥为原料,在300~500℃热解温度下制得生物炭粒,通过产率分析、灰分分析、比表面积和孔径分析及SEM（扫描电镜）分析,同时利用吸附动力学模型和等温吸附模型对生物炭粒吸附水中Cr3+的内在机制进行研究,最后采用TCLP（毒性浸出法）测定了不同生物炭粒中重金属的浸出毒性.结果表明:随着热解温度从300℃升至500℃,生物炭粒的产率从14.93%降至11.75%,生物炭粒的灰分含量逐渐升高,比表面积增大.SEM结果显示,水葫芦与污泥质量比为1:10时,生物炭粒比表面积较大,孔隙结构明显.当水葫芦与污泥质量比为1:10、热解温度为500℃时生物炭粒对Cr3+的吸附量最大,为44.96 mg/g.热力学分析显示,生物炭粒对溶液中Cr3+的吸附以化学吸附为主,且为单层吸附.TCLP试验表明,水葫芦/污泥生物炭粒中各重金属（Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr）的浸出浓度均低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的限值.研究显示,添加水葫芦能改善生物炭粒的理化性质,使得生物炭粒对Cr3+的吸附量增大,以化学吸附为主,且为单层吸附,水葫芦/污泥生物炭粒浸出毒性较低,可为生物炭类环境功能材料的研制提供选材依据.      

生物质炭服务农田生态系统“碳中和”的机制和潜力研究进展

废弃植物生物质热解制备为生物质炭是碳源整合再利用的有效手段之一,既能减少生物质自然分解过程中CO₂排放,同时,生物质炭还田还可通过调控微生物活动和碳源利用效率来减少土壤本底有机碳矿化.此外,生物质炭对土壤通气性的改善有利于CH₄氧化;其多孔结构、高比表面积等性能有利于CO₂及可溶性有机碳等易损耗碳源的吸附固定,促进土壤有机碳的固持,增加土壤碳库容量和质量.在农田生态系统中合理施加生物质炭有利于提高植物光合固碳能力、增加植物生物量和作物产量,具有环境和经济双重效益.因此,生物质炭可借助土壤和植物两条途径助力农田生态系统中碳的减排增汇.然而,生物质炭的内源性污染物、异质性和持久性等导致其很可能具有长期的生态环境风险,仍需深入而广泛的研究.环境友好型生物质炭的制备、生物质炭的因地制宜策略等仍然是亟待解决的难题.未来研究建议在生物质炭促生增碳的相关机理、生物质炭的长期生态效应、生物质炭基“智慧土壤”的研发以及生物质炭制备工艺标准化和生产规模化等方面加强,实现生物质资源的高效整合与绿色应用,以期助力生物质炭还田技术的推广,更好地服...     

Review on utilization of biochar for metal-contaminated soil and sediment remediation

Biochar is a carbon-neutral or even carbon-negative material produced through thermal decomposition of plant- and animal-based biomass under oxygen-limited conditions. Recently, there has been an increasing interest in the application of biochar as an adsorbent, soil ameliorant and climate mitigation approach in many types of applications. Metal-contaminated soil remediation using biochar has been intensively investigated in small-scale and pilot-scale trials with obtained beneficial results and multifaceted effects. But so far, the study and application of biochar in contaminated sediment management has been very limited, and this is also a worldwide problem. Nonetheless, there is reason to believe that the same multiple benefits can also be realized with these sediments due to similar mechanisms for stabilizing contaminants. This paper provides a review on current biochar properties and its use as a sorbent/amendment for metal-contaminated soil/sediment remediation and its effect on plant growth, fauna habits as well as microorganism communities. In addition, the use of biochar as a potential strategy for contaminated sediment management is also discussed, especially as regards in-situ planning. Finally, we highlight the possibility of biochar application as an effective amendment and propose further research directions to ensure the safe and sustainable use of biochar as an amendment for remediation of contaminated soil and sediment.