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.      

水稻秸秆生物炭对水体中DDE的吸附性能研究

通过模拟实验,初步考察了一款水稻秸秆生物炭对水中滴滴涕农药的吸附效应。吸附动力学与吸附等温线的结果表明,水稻秸秆生物炭对水中滴滴涕具有吸附速度快、吸附容量高的特点,在水体有机污染物防治中具有较好应用前景。     

生物活性炭内吸附与生物降解协同去除有机污染物

本研究建立了一个确定BAC内2种机理去除有机物分配比例的试验方法.该方法以BAC进出水中溶解性有机碳（DOC）与可生物降解有机碳（BDOC）浓度变化作为评价参数,并利用此方法确定了臭氧投加量对2种去除机理的影响.臭氧化可以使BDOC浓度增加,臭氧投量为2～8mg/L时,BDOC增加0.12～0.54mg/L;BAC过滤使出水BDOC浓度降低为0.23～0.31mg/L.随着臭氧投量增加（2～8mg/L）,在BAC内生物降解作用去除有机物比例从46%增加到89%.     

藻类对有机污染物生物吸附的研究进展

随着工业的迅猛发展,越来越多的有毒有机污染物被排放到环境中,进而引起一系列环境问题。大量研究表明,生物吸附已经成为去除有毒有机污染物的重要方法,而藻类作为一种理想的生物吸附剂,具有良好的吸附和降解有机污染物的能力。概述了藻类对染料、酚类、多环芳烃三种具有代表性的有毒有机污染物的生物吸附。     

水稻秸秆生物炭对磺胺类抗生素的吸附研究

研究了3种热解温度分别为300℃(S300)、450℃(S450)、600℃(S600)的水稻秸秆生物炭对两种磺胺类抗生素的吸附性能及机制,同时考察了溶液p H值及离子强度对吸附的影响。结果表明,生物炭对磺胺二甲基嘧啶(SM_2)和磺胺甲恶唑(SMX)的吸附均符合准二级动力学方程;等温吸附曲线用Langmuir方程拟合优于Freundlich方程,3种生物炭的最大吸附量随热解温度的升高而升高,且对SM_2的吸附能力优于SMX,600℃热解的秸秆炭对SM_2和SMX的最大吸附量分别可达到2 857.1 mg/kg和1 724.1 mg/kg。溶液p H显著影响吸附,SM2和SMX的吸附以中性形态为主,p H在3~11的范围内,SM_2和SMX的最佳p H分别为5和3。生物炭对2种抗生素的吸附能力随离子强度的升高而轻微下降。红外光谱分析表明,氢键结合、π-π共轭是秸秆生物炭吸附2种磺胺抗生素的主要机理。     

生物活性炭吸附石化废水有机污染物实验研究

生物活性炭吸附石化二级废水有机污染物实验主要包括生物活性炭挂膜实验和生物活性碳影响因素实验。在实验中考察了水力负荷和活性炭滤层厚度两因素对有机污染物吸附作用。结果表明:在45 d左右挂膜基本成功,最佳水力负荷为0.25~0.75m3/(m2·h),活性炭滤层最佳厚度为90cm。     

秸秆还田配施石灰对酸性水稻土有机碳及碳库管理指数的影响

为探明稻秆还田配施石灰对酸性水稻土有机碳库的影响,于广东省白云区和惠阳区开展田间试验,设置常规施肥（CK）、秸秆还田+常规施肥（RS）和秸秆还田配施石灰+常规施肥（RS+L）这3个处理,分析了土壤总有机碳（TOC）、水溶性有机碳（DOC）、活性有机碳（LOC）、颗粒态有机碳（POC）、微生物量碳（MBC）、碳库指数（CPI）、稳定性有机碳（IOC）、碳库活度（L）、碳库活度指数（CPAI）和碳库管理指数（CPMI）的变化.结果表明,与CK相比,RS+L处理显著提高TOC、LOC、POC和MBC含量,增幅分别为10.24%~17.79%、34.49%~44.37%、19.27%~23.59%和33.36%~43.26%（P<0.05）.与CK相比,RS+L处理显著提高水稻生长前期（移栽后15~45 d期间）的DOC含量（P<0.05）,但对水稻生长后期的DOC无显著影响.RS+L较RS处理的TOC、LOC、POC和MBC分别提高了2.15%~6.95%、1.17%~17.90%、4.27%~8.65%和12.99%~14.53%.与CK相比,RS+L处理显著提高IOC和CPI,其增幅分别为8.32%~15.57%和14.00%~20.00%（P<0.05）.RS较CK处理显著提高CPI,其增幅为14.00%~18.00%（P<0.05）.不同处理间的L、CPAI和CPMI差异不显著.RS+L处理的土壤pH值显著高于CK处理（P<0.05）.不同处理间的水稻产量无差异.主成分分析结果表明,水稻产量主要与DOC、LOC、CPAI和CPMI相关,但对土壤有机碳和碳库管理指数变化的贡献率较低.主成分分析还表明,秸秆还田配施石灰通过改善酸性水稻土的pH值和养分含量,驱动MBC和POC等有机碳组分的形成和积累,促进SOC的提升.综上,秸秆还田配施石灰有利于酸性水稻土MBC、POC、LOC和IOC等有机碳组分的积累,从而提高土壤总有机碳含量和稳定性,是提升酸性水稻土固碳减排功能的有效途径.     

颗粒粒径对玉米秸秆生物碳吸附锶的影响

以玉米秸秆为原材料,采用限氧裂解法于350℃下制备了不同粒径的生物碳(BC-9.31、BC-20.26、BC-60.77、BC-71.07、BC-101.9,数字代表样品的中值径μm),研究颗粒粒径对生物碳吸附锶的影响.结果表明:生物碳的颗粒粒径对核素锶的吸附速率和吸附容量均有显著影响.生物碳对锶的吸附动力学符合准二级动力学模型(R2,0.99),颗粒最细的BC-9.31吸附速率最大(4.48 mg·g~(-1)·h~(-1)).随着颗粒粒径的增加,锶的吸附速率呈指数降低,其吸附速率差异高达20倍.生物碳对锶的吸附等温曲线符合准Langmuir模型(R2,0.94~0.99),饱和吸附容量为9.09~23.81 mg·g~(-1).随着粒径的增大,锶的吸附容量先降低后增高又降低,粒径最小的BC-9.31(23.81 mg·g~(-1))吸附容量最大,吸附容量最小的则是BC-60.77(9.09 mg·g~(-1)),两者相差2.6倍.pH对生物碳吸附锶具有重要影响.在溶液pH值较低时(1.93~4.74),对锶的吸附去除率急剧增加(3.94~9.17倍);而pH值较高时(4.74~11.85),吸附去除率缓慢提高(1.11~1.68倍).pH值也是颗粒粒径影响的重要参数,随pH值增加颗粒粒径对生物碳吸附锶的影响程度显著减小.生物碳极性指数与锶饱和吸附量和吸附速率均呈正相关关系,表明极性官能团是锶的重要吸附位点.     

秸秆与生物炭施加对茉莉园土壤真菌群落及有机碳库特征的影响

为阐明秸秆与生物炭施加后茉莉园土壤真菌群落及有机碳库组分分配的变化特征,测定分析了茉莉园对照、秸秆和生物炭处理0~15 cm土壤真菌群落特征与有机碳库组分,并计算其碳库管理指数（CPMI）. 结果表明,秸秆与生物炭施加后土壤真菌群落多样性均降低,各处理中优势菌属结构发生变化,生物炭处理下土壤真菌群落结构与秸秆处理和对照组差异显著. 冗余分析（RDA）表明,土壤真菌群落结构主要受土壤容重、C∶N、盐度和TN影响. 另外,秸秆处理下土壤活性有机碳（LOC）与对照组相比显著增加87.44%（P<0.05）,生物炭处理中土壤可溶性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）较对照组分别显著增加22.27%和23.17%（P<0.05）. 相比于对照组,秸秆处理下碳库活度（L）显著提高（P<0.05）,生物炭处理中碳库指数（CPI）显著增加（P<0.05）. Spearman相关性分析表明土壤活性有机碳组分受到真菌优势菌属的调控. FUNGuild功能预测结果表明,秸秆与生物炭施加后腐生营养型及其兼性营养型真菌对土壤活性有机碳组分和碳库管理指数有着重要影响.     

土壤碳收支对秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其机制

秸秆直接还田与秸秆炭化还田是目前最主要的秸秆还田措施.由于秸秆与秸秆生物炭结构和性质的差异以及还田过程的差异,其还田后的土壤呼吸和土壤碳收支必然有显著差异.采用室外盆栽的方式,以地肤草为目标植物,系统研究了土壤呼吸与土壤碳收支对多种秸秆与秸秆生物炭还田的响应及其可能的机制.结果表明,秸秆生物炭还田的土壤呼吸[均值为21.69μmol·(m2·s)-1]显著低于秸秆直接还田[均值为65.32μmol·(m2·s)-1],土壤有机碳含量(均值为20.40 g·kg-1)和植物的固碳量(平均植物生物量138.56 g)均高于秸秆直接还田(均值为17.76 g·kg-1和76.76 g);考虑了生物炭制备过程的碳丢失后,秸秆生物炭还田的土壤碳收支仍显著高于秸秆直接还田,是一种较低碳的秸秆还田模式;秸秆直接还田显著促进土壤脱氢酶活性﹑土壤β-糖苷酶活性和土壤活性微生物量,因此导致较高的土壤呼吸,而生物炭还田土壤的微生物活性普遍较低;秸秆生物炭的易氧化态碳含量和可生物降解性均显著低于秸秆对照,表明秸秆生物炭稳定性较高,难以被土壤微生物降解利用,因此其还田后土壤微生物活性普遍较低,秸秆碳可在土壤中长期保存.     

Enhanced and irreversible sorption of pesticide pyrimethanil by soil amended with biochars

Biochar derived from partial combustion of vegetation is ubiquitous and potentially effective in sequestration of environmental contaminants.Biochars were prepared by burning of red gum(Eucalyptus spp.) woodchips at 450 and 850°C(labeled as BC450 and BC850).These two biochars were found to possess markedly different properties in terms of surface area and porosity.Short-term equilibration tests(24 hr) were conducted to assess the sorption-desorption behavior of pyrimethanil in the soil amended with various amounts of biochar of each type,with a special focus on the desorption behavior of the sorbed pesticide through four times successive desorption by dilution.Sorption coefficient and isotherm nonlinearity of the amended soils progressively increased with the content of biochar in the soil.Biochar BC850 with higher surface area and microporosity showed a stronger effect on the reversibility of sorption pesticide.The soils amended with 5% BC450 and 1% BC850 had nearly the same sorption capacity for pyrimethanil;however,their desorption processes were very different with 13.65% and 1.49% of the sorbed pesticide being released,respectively.This study suggested that biochar in soil could be an important factor for immobilization of a pesticide and thus affecting its environment fate in soil.     

Role of sorbent surface functionalities and microporosity in 2,2’,4,4’-tetrabromodiphenyl ether sorption onto biochars

The study provides insight into the combined effect of sorbent surface functionalities and microporosity on2,2 ′,4,4 ′-tetrabromodiphenyl ether (BDE-47) sorption onto biochars. A series of biochars prepared underdifferent conditionswere used to test their sorption behaviorswith BDE-47. The extents of sorption behaviorswere parameterized in terms of the single-point adsorption equilibrium constant (Koc ) at three equilibrium concentration (C e ) levels (0.001Sw (solubility), 0.005Sw , and 0.05Sw )whichwasdetermined using the Freundlich model. To elucidate the concentration-dependentdominant mechanisms for BDE-47 sorption onto biochars, K ocwas correlatedwith four major parameters using multiple parameter linear analysis accompaniedwith significance testing. The results indicated that at low concentration (Ce = 0.001Sw ), the surface microporosity term,which represented a pore-filling mechanism, contributed significantly to this relationship,while as concentrationwas increased to higher levels, surface functionality related to surface adsorption began to take thedominant role,whichwas further confirmed by the results of Polanyi-based modeling. Given the above results, adual mode model based on Dubinin-Radushkevich andde Boer-Zwikker equationswas adopted to quantitatively assess the changes of significance of surface adsorption aswell as that of pore fillingwith sorption processdevelopment. In addition, UV spectra of four typical aromatic compoundswhich represented the key structural fragments of biochars before and after interactionswith BDE-47were analyzed todetermine the active functional groups and supply complementary evidence for thedominant interaction force for surface adsorption, based onwhich π-π electron-donor-acceptor interactionwas proposed to contribute greatly to surface adsorption.     

互花米草生物炭的添加对土壤吸附三氯生的影响及其机制研究

互花米草作为入侵物种,在我国沿海分布广泛,对沿海生态造成负面影响.本研究以互花米草资源化利用为出发点,在300℃和600℃下将其热解分别制得BC300和BC600两种生物炭,采用批量平衡法研究了生物炭添加对土壤吸附三氯生(TCS)的影响及其机制.结果表明,BC300内含有未炭化有机质,对TCS的吸附以分配作用为主,有利于对高浓度TCS的吸附;BC600有较大的比表面积,对TCS的吸附以表面吸附为主,有利于对低浓度TCS的吸附.生物炭添加能够促进土壤对TCS的吸附,且吸附量随生物炭添加比例的增加而增加;添加BC300的土壤对TCS的吸附量要显著高于添加BC600的土壤,这主要与生物炭的结构特征及其对土壤p H值的影响有关.因此,添加300℃下制备的互花米草生物炭可以有效地降低土壤中TCS的环境风险,同时也能为护花米草的资源化利用提供一条可行途径.     

造纸污泥生物炭对四环素的吸附特性及机理

以造纸污泥为原料,在限氧条件下,通过控制热解温度(300,500和700℃),制备生物炭(SBC300、SBC500和SBC700),比较了3种生物炭的基本理化性质;以四环素(TC)为目标污染物,研究了造纸污泥生物炭(SBC)对TC的吸附特性及机理.结果表明,SBC对TC的吸附以化学吸附为主,吸附平衡时,SBC300对TC的去除率最低,为38.8%,SBC700的去除率最高,为54.1%;同时Langmuir模型能更好地描述此吸附过程,且最大吸附量依次为SBC700(63.8mg/g)>SBC500(50.6mg/g)>SBC300(40.0mg/g).热力学分析表明,SBC对TC的吸附为自发且吸热的过程.pH值影响TC的存在形态及SBC的表面带电情况,对吸附过程有较大影响.通过吸附等温线分解法定量描述了表面吸附作用及分配作用的贡献率,结合FTIR分析,表明SBC对TC的吸附可能是分配作用、静电作用、氢键作用、π-πEDA作用及离子交换作用等共同作用的结果.     

秸秆生物炭吸附对乙酰氨基酚的机制及其位能分布特征

作为药品和个人护理产品（PPCPs）中用量最大的一类,对乙酰氨基酚广泛存在于水环境中,具有潜在的环境风险;因此,有必要对其去除机制开展研究.基于我国农业秸秆资源高值转化的需求,通过热解制备秸秆生物炭吸附净化水中对乙酰氨基酚具有良好的应用前景.然而秸秆生物炭对对乙酰氨基酚的吸附过程和机制尚不清楚.选用4种秸秆（稻秆、麦秆、玉米秆和大豆秆）作为原料,通过热裂解在400℃和500℃制备生物炭,进行序批吸附实验,同时研究腐殖酸和pH对吸附过程的影响.结果表明,基于Freundlich模型和位置能量分布模型可知,500℃生物炭对对乙酰氨基酚的吸附量显著高于400℃生物炭（吸附系数K_F高出1.16~2.53倍）,且具有较多的高能吸附位点.高温热解生物炭的主要吸附机制为孔道吸附和π-π作用;低温热解生物炭的主要吸附机制为表面氢键作用.腐殖酸对对乙酰氨基酚在生物炭上的去除具有协同效应,这归因于所选腐殖酸具有一定芳香性,可促进与对乙酰氨基酚的相互作用.pH升高抑制生物炭吸附主要归因于对乙酰氨基酚团聚.吸附机制研究表明,可通过提高热解温度促进对乙酰氨基酚在秸秆生物炭上的孔道吸附和π-π作用;腐殖酸和pH影响研究表明,秸秆生物炭与对乙酰氨基酚的相互作用不受腐殖酸影响,在低pH环境下也具有良好吸附性能.     

生物炭纳米复合材料去除环境中有机污染物研究进展

近年来,生物炭在环境修复、固碳、土壤改良等方面的得到广泛应用,与纳米材料联合制备的新型生物炭纳米复合材料使原生生物炭的比表面积、孔隙结构、官能团、催化降解能力等方面都有了较大改善,具有更好的可持续性和高效性,对环境中有机污染物具有良好的去除能力。本文介绍了生物炭纳米复合材料的不同制备工艺,重点阐述了生物炭纳米复合材料对不同环境介质中有机污染物的去除机理及应用,为后续生物炭纳米复合材料在环境修复应用的工程化和商业化提供理论依据和技术参考。     

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.     

挺水植物生物炭对硫丹的吸附及催化水解作用

以美人蕉、菖蒲、芦苇、茭白、再力花、芦竹等挺水植物为原料,在限氧升温（550℃）条件下制备6种不同性质的生物炭,研究其组成及结构对硫丹吸附和催化水解作用.结果表明：550℃下热解,湿地植物生物炭所含灰分高于一般农产品废弃物,介于10.88%~31.11%间.生物炭表面芳香类官能团较多,孔隙部分呈碎片化,以介孔为主.6种生物炭对硫丹都具良好吸附性能.吸附行为主要发生在含致密有机质的生物炭表面,包括疏水、扩散及分配作用等.中/碱性条件下,美人蕉生物炭、菖蒲生物炭及再力花生物炭能有效去除水溶液中的硫丹,去除率为96.77%~98.57%.中性条件下,因生物炭对硫丹的催化,对硫丹的去除率提高约16.57%~72.57%.     

碱改性小麦秸秆生物炭对水中四环素的吸附性能

以小麦秸秆为原料,在873K温度下炭化6h制备了小麦秸秆生物炭（WBC）,再用KOH浸渍法制备了3种碱炭比（质量比为1：1,2：1和3：1）的改性秸秆生物炭（WBCK1、WBCK2和WBCK3）.通过扫描电镜、比表面及孔径分析仪和傅里叶红外光谱对3种WBCK结构特征和表面性质进行表征.通过批量吸附实验,探讨了3种WBCK对溶液中四环素的吸附动力学和热力学特征.相比于WBC,WBCK有更丰富的孔径结构和更大的比表面积,且对四环素的吸附容量显著增加.3种WBCK对四环素的吸附动力学过程均符合准二级动力学模型,吸附速率常数大小顺序为k_2（WBCK2） > k_2（WBCK3）> k_{2（WBCK1）.}WBCK对四环素的吸附量随温度升高而增大,吸附过程同时存在物理吸附和化学吸附作用.Langmuir、Freundlich和Temkin模型均能较好地拟合吸附等温线,吸附机理较复杂.3种WBCK对四环素的吸附均为自发、吸热、熵增加过程.当溶液pH值范围为4.0~8.0时,3种WBCK对四环素的吸附性能较高.3种改性WBCK均可重复使用,其中WBCK2重复使用5次后吸附去除效率仅下降13.9%.     

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...