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).     

控制热分解条件下制备生物炭及其表征

以稻杆为原料,以KOH溶液为浸渍剂,在控制热分解条件下制备生物炭。采用N2吸附、碘吸附、Boehm滴定、元素分析、XRD和FTIR等方法对生物炭进行了表征,并探讨了KOH浸渍和热分解条件对生物炭孔结构,尤其是表面化学性质的影响。结果表明:KOH浸渍处理后生物炭比表面积和总孔容积明显增大,有利于生成强酸性官能团和减少可挥发性有机碳以及生成更为稳定的表面含氧官能团;生物炭吸碘值随着炭化温度升高和时间延长总体呈先上升后下降的趋势;气氛组成对生物炭孔结构和化学性质有重要影响,N2-NH3混合气氛条件下制备生物炭的比表面积、总孔容积、中孔率和吸附性能都显著大于纯N2气氛下制备的生物炭,而表面酸性含氧官能团数量明显减少,同时引入含氮碱性基团,并使生物炭表面极性增强。     

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...     

不同温度下小麦秸秆生物炭的制备及表征

以小麦秸秆作为生物质原材料,在200、400、600℃温度条件下,采用限氧控温裂解法制备生物炭。采用热重分析、元素分析、红外光谱分析、比表面积分析和扫描电镜分析表征各物质结构特征,并分析不同制备方法对其元素组成、表面结构、表面性质的影响。结果显示:热重、红外光谱分析结果显示小麦秸秆在热解温度升高到350℃时失重率最大,为33.73%,秸秆的热解过程发生化学键的断裂及脂肪性烷基链的消失;小麦秸秆焚烧物的产率、灰分分别为12%、64.78%,灰分较大;生物炭随着碳化温度的升高,其产率降低,灰分含量增大;随着热解温度升高,生物炭逐渐成为"富炭颗粒",其极性降低,芳香性增大,疏水性增强;电镜扫描分析显示随着炭化温度升高,生物炭孔壁逐渐变薄,内部孔结构逐渐增大,甚至出现大量微孔。     

热解温度和时间对生物炭pH值的影响

以稻草、玉米秸秆、木屑、鸡粪为实验原料,分别在不同热解温度(250℃、300℃、350℃、450℃、650℃)和热解时间条件下(30 min、60 min、90 min、120 min、180 min)制备出生物炭。并在不同生物炭与水的质量比条件下,依据正交实验设计的方案,依次测定了各种生物炭的pH值。结果表明,热解温度是影响各种生物炭pH测定值的关键性因素,生物炭与水的质量比也对pH测定值产生一定的影响,而热解时间的长短并未对生物炭pH测定值产生显著影响。在250~650℃的热解温度条件下,随着温度的升高,四种生物炭的pH值均有不同程度的升高,尤其是在250~350℃这一温度区间,四种生物炭的pH值升高速率最快,此后,随着热解温度的升高,生物炭pH值升高速率逐渐放缓,其中在250~650℃的热解条件下,稻草的pH值升高幅度最大,木屑的pH值升高幅度最小,在350~450℃这一较为理想的热解温度区间范围内所制备的四种生物炭pH值的大小顺序依次为:稻草玉米秸秆鸡粪木屑。     

稻壳生物炭对三氯乙醛的吸附特性研究

为寻求高效廉价的三氯乙醛吸附剂以及资源化有效利用农业废弃物稻壳的途径,采用限氧控温炭化法将稻壳在300、500和700℃条件下裂解制备生物炭。文章对生物炭结构、元素组成和表面官能团等理化性质进行研究,并用于吸附水中的三氯乙醛,研究了吸附时间、系统温度、初始浓度和pH对生物炭吸附三氯乙醛的影响。结果表明,生物炭对三氯乙醛的吸附动力学过程更满足准二级动力学模型(R0.925 3);等温吸附过程用Freundlich模型能够较好地描述,拟合系数0.947 2。随着制备温度提高,生物炭对三氯乙醛的吸附效果越好;吸附性能与三氯乙醛初始浓度和溶液p H呈正相关。研究显示,稻壳生物炭对三氯乙醛的吸附强度随比表面积和平均孔径的增大而增强。     

盐酸改性松木屑生物炭吸附海洋溢油的模拟研究

海洋石油开采和运输过程中发生的溢油事故会对周边海洋生态环境造成严重威胁。以松木屑为原料,分别在300 ℃、400 ℃和500 ℃条件下,热解2 h制备生物炭,然后用盐酸对其改性,分析了改性前后生物炭对海水中石油的吸附性能。结果表明,热解温度和盐酸浓度对生物炭吸油性能的影响较显著,当热解温度为400 ℃、盐酸浓度为5 mol/L时生物炭对海水中石油的吸附量最大,达到1.96 g/g;改性后的生物炭比表面积和总孔容减小,表面官能团种类未发生明显改变,含氧官能团数量减少;改性生物炭对海水中石油的吸附符合准二级动力学方程（R2=0.998）和Freundlich等温模型（R2>0.999）。研究结果将有助于开发经济、环保和除油效率高的海洋溢油吸附材料。     

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.     

紫外辐照引入含氧官能团对生物炭吸附气体和水中苯的影响

以椰壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照增加吸附剂表面含氧官能团,探究其对生物炭吸附气体和水中苯的影响.理化表征和吸附实验结果表明,生物炭表面含氧官能团增加后,对气体中苯的吸附量提高9.25倍,而对水中苯的吸附量却降低14.64%.生物炭对气体中苯的吸附过程符合Elovich动力学模型,而对水中苯的吸附过程符合准二级动力学模型.含氧官能团的引入使生物炭对气体和水中苯的等温吸附过程从符合Freundlich模型变为符合Langmuir模型.Weber-Morris模型分析认为,增加含氧官能团,可增强生物炭对气体中苯的表面吸附速率,却阻碍了苯从水中向吸附剂颗粒内扩散的过程,水分子与苯竞争吸附是导致生物炭对水中苯吸附量降低的主要原因.     

不同裂解温度稻壳生物炭对阿特拉津的吸附行为及机制

为探究不同裂解温度下稻壳生物炭的结构和性质差异及其对阿特拉津（AT）的吸附作用机制和构-效关系,以稻壳为原料在300、500和700℃下制备稻壳生物炭（分别记为RH300、RH500、RH700）,通过电镜扫描、元素分析仪、比表面积分析仪和傅里叶变换红外光谱分析仪等对3种稻壳生物炭进行结构表征分析,并采用批量等温吸附法研究稻壳生物炭对AT的吸附特性.结果表明:裂解温度由300℃升至700℃时,稻壳生物炭中w（C）由48.81%升至64.67%,w（H）、w（N）和w（O）则由3.22%、1.45%和34.66%分别降至0.89%、0.92%和16.29%,原子比H/C、O/C和（O+N）/C值均降低.可见,随着裂解温度升高,稻壳生物炭的芳香性增强,亲水性和极性降低,且比表面积和孔体积增大,平均孔径减小.3种稻壳生物炭对AT的吸附均可用Freundlich和Langmuir两种等温吸附模型进行较好地拟合（R≥0.948,P < 0.01）,吸附作用及非线性程度与生物炭的比表面积（SSA）、芳香性（H/C）、亲水性（O/C）和极性〔（O+N）/C〕呈良好的指数关系,大小表现为RH700 > RH500 > RH300.稻壳生物炭对AT的吸附机制主要包括分配作用和表面吸附,分配作用强度与生物炭的极性和炭化程度有关;而表面吸附作用与AT的分子大小有关,3种稻壳生物炭对AT的表面吸附除表面覆盖外,还存在多层平铺、毛细管现象和孔隙填充等.研究显示,裂解温度是影响生物炭吸附有机污染物的重要因素,在综合考虑成本和制备工艺的同时,适当提高裂解温度可增强生物炭对有机污染物的吸附作用.