灰分对挺水植物生物炭吸附硫丹的影响

将美人蕉、菖蒲和芦苇等挺水植物通过限氧高温热解（500℃）制备生物炭,探究灰分对生物炭吸附硫丹的影响.研究表明：挺水植物生物炭表面孔隙发育成熟,以介孔为主,灰分含量较高（15.86%~27.29%）,主要成分可能为碳酸钙.生物炭对硫丹的非线性吸附常数介于0.63~0.80之间,较去灰生物炭大（0.61~0.72）.去灰后,生物炭对β-硫丹和α-硫丹的吸附能力降低（logK_F在6744~11111mg/kg之间）.但各生物炭比表面积增大（20.55~58.13m²/g）,（O+N）/C值变小,炭表面极性降低,疏水性增强;且表层碳元素与主体碳占比增加,炭表面暴露出更多的有机质,增强对硫丹的疏水作用.加入上清液后,去灰后美人蕉、菖蒲和芦苇生物炭对硫丹的吸附变化显著,其上清液中的溶解性物质增强了去灰生物炭对硫丹的吸附作用.     

4种浮床植物吸收水体氮磷能力试验研究

选取美人蕉、黄菖蒲、再力花和千屈菜4种常见植物作为研究对象,建立淀山湖富营养化防治植物浮床试验工程,对其生长特性和氮磷吸收能力进行试验研究. 结果表明,采用上下层尼龙网固定种植方式有利于浮床植物的快速生长繁殖,美人蕉和再力花的成活率均为83.33%,高于千屈菜的76.67%和黄菖蒲的53.33%. 11月收割时美人蕉和再力花的分蘖数分别达到64株和78株,生物量（鲜重）分别为32.0 kg/株和38.6 kg/株. 美人蕉和再力花体内氮磷含量分布均为茎叶>根系,美人蕉茎叶和根系单位干物质量中氮、磷含量比分别为1.40和1.21,再力花则分别为1.59和1.08. 植物体内的氮磷累积量差异主要来自于生物量的差异,再力花对氮的吸收能力最强,收割时氮获得量达到457.11 g/m²,美人蕉对磷的吸收能力最强,收割时磷获得量达到41.29 g/m²,美人蕉茎叶氮、磷吸收量分别为根系的2.17倍和1.86倍;再力花分别为1.73倍和1.17倍. 美人蕉和再力花可以作为淀山湖水体富营养化防治的浮床栽培备选植物来进行推广应用.     

植物及存水区对南方生物滞留池去污效果的影响

以柳叶马鞭草、菖蒲、鸢尾和美人蕉及南方红壤构建5个生物滞留池模拟装置,研究植物和IWS(内部存水区)及其交互作用对径流中TSS、COD、NH_3-N、NO_3~--N、TN和TP去除的影响,定期测定植物的叶绿素含量、株高和游离脯氨酸含量等生理指标,以探讨植物的生长适宜性。结果表明:植物对COD、NO_3~--N和TN的去除影响较大,其去除率分别为68.84%~77.28%、13.09%~59.61%和42.41%~71.75%,柳叶马鞭草和美人蕉的NO_3~--N及TN去除能力显著高于菖蒲和鸢尾(P柳叶马鞭草>鸢尾>菖蒲,美人蕉和柳叶马鞭草的去污效果和长势较好,适宜在南方生物滞留池中种植。     

4种浮床植物吸收湖泊水体氮磷能力试验研究

选取美人蕉、黄菖蒲、再力花和千屈菜4种常见植物作为研究对象,建立淀山湖富营养化防治植物浮床试验工程,对其生长特性和氮磷吸收能力进行试验研究。结果显示：采用上下层尼龙网固定种植方式有利于浮床植物的快速生长繁殖;美人蕉和再力花生长繁殖能力和成活率均高于黄菖蒲和千屈菜,11月份美人蕉和再力花的分蘖数分别达到64株和78株,收割时生物量（鲜重）分别为移栽前的364倍和585倍;植物体内的氮磷累积量差异主要来自于生物量的差异,美人蕉和再力花对氮磷的吸收能力显著高于黄菖蒲和千屈菜,两者体内氮磷含量分布均为茎叶〉根系;再力花对氮的吸收能力最强,植物收割氮获得量达到457．11g／m^2,美人蕉对磷的吸收能力最强,达到4129g／m^2,美人蕉和再力花可以作为淀山湖水体富营养化防治的浮床栽培植物来进行推广应用。     

新型人工湿地对磷的去除特征研究

人工湿地因其治理污染方面的诸多优势,为各国政府所重视。本研究通过设计6种新型人工湿地组合床试验,得出组合床对TP的去除率由大到小:再力花组合床>鸢尾组合床>鸢尾浮床组合床>菖蒲组合床>空白床>茭白组合床>美人蕉组合床;DIP去除率:再力花组合床>菖蒲组合床>鸢尾组合床>鸢尾浮床组合床>空白床>茭白组合床>美人蕉组合床。组合床对两种形态磷的去除率无明显的相关性。人工湿地去除磷污染相关研究中结合基质、水污染浓度和植物,特别是在植物选择中结合植物组织结构类型综合考虑组合达到最佳效果。     

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.     

人工湿地处理污染河水和湿地植物腐烂分解影响研究

以高原复合型人工湿地为研究对象,在水力负荷为0.067 m/d的条件下,监测湿地对CODCr、TN、TP、氨氮的去除率达到了66.3%、82.5%、43.2%、76%;采集了梭鱼草、美人蕉、芦苇、水葱、茭白、再力花6种挺水植物地上部分,测定了它们的TN、TP、有机质等营养物质含量和它们腐烂分解过程中TN、TP、COD等释放强度。结果表明:梭鱼草、美人蕉、茭白释放强度较强,再力花和芦苇释放强度较弱,在选择湿地植物时综合考虑植物吸收污染物能力情况下,可以优先考虑再力花、芦苇等植物。     

生物炭载体的表面特征和挂膜性能研究

以花生壳为原料,于300~700℃下热解制备生物炭以作为生物膜载体,对其进行了理化性质表征和挂膜试验.结果表明:较高的热解温度(700℃)能促进生物炭载体孔隙结构发展,生物炭表面ζ电位上升,亲水性增加,从而有利于污水微生物的附着和生长. 挂膜期间,生物炭载体单位挂膜量分别高出陶粒44%~84%,高温(700℃)生物炭载体生物膜对NH4+-N的去除率高出陶粒1%~3%,而中低温(300、500℃)生物炭载体生物膜对NH4+-N的去除率较陶粒低5%~10%,显示生物炭表面理化性质可能对附着的生物膜微生物种类和活性产生影响.     

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).     

生物炭对人工湿地植物根系形态特征及净化能力的影响

构建了菖蒲人工湿地,通过向人工湿地中加入小麦秸秆生物炭、芦苇生物炭及木屑生物炭以研究生物炭对人工湿地中植物根系形态、溶解氧及净化能力的影响.结果表明,加入3种生物炭能显著增加人工湿地中菖蒲根的总根长、总投影面积、总体积、总表面积、根尖数、分枝数和根干重以及人工湿地中的溶解氧含量(P0.05);其中加入木屑生物炭后,菖蒲根的根长、投影面积、表面积、总体积、根尖数、分枝数和根干重分别增加了96.1%、106.2%、185.6%、172.5%、75.3%、121.5%和84.9%.加入生物炭后,菖蒲根系形态与人工湿地中溶解氧含量、总氮去除率、总磷去除率和COD去除率间均显著正相关(P0.05).在水力负荷0.022 m3·(m2·d)-1时,加入木屑生物炭显著增加了人工湿地对总氮、总磷和COD的去除率(P0.05).木屑炭有效地促进了人工湿地中植物根系的生长,增加了人工湿地溶解氧含量,提高了人工湿地的净化能力.     

Adsorption of Cr(Ⅲ) from acidic solutions by crop straw derived biochars

Cr（Ⅲ） adsorption by biochars generated from peanut, soybean, canola and rice straws is investigated with batch methods. Adsorption of Cr（Ⅲ） increased as pH rose from 2.5 to 5.0. Adsorption of Cr（Ⅲ） led to peak position shifts in the FFIR-PAS spectra of the biochars and made zeta potential values less negative, suggesting the formation of surface complexes between Cr^3＋ and functional groups on the biochars. The adsorption capacity of Cr（Ⅲ） followed the order： peanut straw char 〉 soybean straw char 〉 canola straw char 〉 rice straw char, which was consistent with the content of acidic functional groups on the biochars. The increase in Cr^3＋ hydrolysis as the pH rose was one of the main reasons for the increased adsorption of Cr（Ⅲ） by the biochars at higher pH values. Cr（llI） can be adsorbed by the biochars through electrostatic attraction between negative surfaces and Cr^3＋, but the relative contribution of electrostatic adsorption was less than 5%. Therefore, Cr（Ⅲ） was mainly adsorbed by the biochars through specific adsorption. The Langumir and Freundlich equations fitted the adsorption isotherms well and can therefore be used to describe the adsorption behavior of Cr（Ⅲ） by the crop straw biochars. The crop straw biochars have great adsorption capacities for Cr（Ⅲ） under acidic conditions and can be used as adsorbents to remove Cr（Ⅲ） from acidic wastewaters.     

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.      

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.      

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.     

磁性生物质炭制备方法及其对水体Pb2+吸附特性的影响

为了获得兼具磁分离和优良吸附性能的环境友好型吸附材料,以杉木（FW）为原材料制备生物质炭（FWBC）,分别用沉淀法、浸渍法制得磁性生物质炭FWFe（2）、FWFe（3）。通过元素分析、磁性分析、SEM-EDS、XRD、FTIR等手段表征生物质炭吸附前后特性。研究了FWFe（2）、FWFe（3）对水中Pb2+的吸附特性,探讨了2种磁化方法吸附Pb2+的机理。结果表明:磁化后的生物质炭含有Fe₃O₄颗粒。FWFe（2）和FWFe（3）的饱和磁化强度分别为35.59,27.76 emu/g,具有良好的磁分离能力。FWFe（2）、FWFe（3）吸附Pb2+的过程符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型。FWFe（2）的吸附性能明显优于FWFe（3）和FWBC,平衡吸附量达到817.64 mg/g,是FWBC的12倍。采用沉淀法磁化的生物质炭可有效提高对水体Pb2+的吸附。吸附机理主要包括离子交换和金属（氢）碳酸盐共沉淀、物理吸附、与表面官能团的络合反应。研究结果有利于推进农林废弃生物质的资源化利用及磁性生物质炭在环境中的实际应用。     

四乙烯五胺改性生物质炭对水中锌(II)的吸附性能研究

以苹果枝和葡萄枝为原料,制备了苹果枝生物质炭和葡萄枝生物质炭,并采用化学改性方法处理两种生物质炭,分别得到表面键合了四乙烯五胺的改性苹果枝生物质炭和改性葡萄枝生物质炭.采用红外光谱、扫描电镜等对两种生物质炭及其化学改性产品分别进行了表征,比较了两种生物质炭及其改性产品对水中Zn~(2+)的吸附性能,并分析了吸附动力学和等温吸附特性.结果表明,改性生物质炭增加了表面吸附位点,最大吸附量明显增加,相同吸附量所用吸附时间大大缩短,吸附效果显著提高.4种吸附剂的吸附行为均符合准二级动力学模型及Langmuir方程.生物质炭吸附重金属的机理初步判定是以离子交换和阳离子-π键的作用为主,改性生物质炭对Zn~(2+)吸附量和吸附速度的显著提升主要与键合基团的螯合作用有关.     

不同制备温度下污泥生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性

以城市剩余污泥为原料,于300,400,500,600 ℃温度条件下制备生物炭,通过单因素静态吸附实验探讨制备温度对生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响。结果表明:在500 ℃以内随着温度上升制备的生物炭对Cr（Ⅵ）的吸附量增加,制备温度高于500 ℃后变化不明显;扫描电镜（SEM）、比表面积（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）表征结果显示,热解温度对生物炭表面形貌和官能团组成有显著影响;等温模型及动力学拟合结果表明,生物炭吸附Cr（Ⅵ）为单分子层吸附、物理-化学复合吸附。热解温度对污泥制备生物炭吸附Cr（Ⅵ）的性能有显著影响,最佳制备温度为500 ℃,在此条件制备的生物炭对Cr（Ⅵ）的理论吸附量可达7.93 mg/g。     

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.      

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.