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.      

Fe-NH_4Cl改性南荻生物炭对Pb~(2+)吸附性能研究

以南荻秸秆生物炭为实验原料,利用Fe-NH4Cl进行改性,研究其对Pb2+的吸附效果。通过考察生物炭用量、溶液初始p H值、吸附时间及溶液初始浓度对吸附的影响,并对吸附前后生物炭样品进行傅里叶变换红外光谱分析(FITR)、比表面积(BET)、X-射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)表征。结果表明在pH=5、溶液浓度为50 mg/L、温度为30℃、吸附时间为180 min、吸附剂用量在1.4 g/L、改性生物炭对Pb~(2+)吸附量达35.4 mg/g,与未改性生物炭相比吸附量提高20倍左右。生物炭对Pb~(2+)的吸附机理主要为表面羟基(—OH)和羰基(C=O)与Pb2+表面发生络合化学反应作用。     

生物炭和刺苦草联合修复水体铜污染

生物炭和沉水植物对重金属铜(Cu)都有良好的吸附和富集效果,但关于生物炭对沉水植物生长的影响及二者共存对水体Cu污染的修复效果仍不明确。通过设置4个稻壳生物炭添加梯度(CK:0 g/L,T1:3 g/L,T2:6 g/L,T3:12 g/L),研究水体中ρ(Cu)为1 mg/L污染条件下,生物炭对刺苦草(Vallisneria spinulosa)生长和水质的影响。结果表明:1) T1、T2和T3组刺苦草富集的Cu含量相对于CK组分别降低41.01%、41.21%和67.86%,刺苦草叶片叶绿素含量分别提高9.45%、29.94%和53.83%,刺苦草地上部分高度分别增加21.38%、23.38%、5.08%;2)随着生物炭添加量的增加,水体溶解氧和氧化还原电位显著降低,pH和电导率显著增大,T1、T2和T3组水体Cu含量相比CK组分别降低-4.48%、12.58%和31.85%,水体NO~-_3-N分别下降19.53%、25.88%和38.11%,NH~+_4-N分别下降66.78%、72.04%和72.04%,但各处理组磷含量相对于CK组却显著增大。表明:水体施加稻壳生物炭可以降低刺苦草对Cu的富集量,从而缓解Cu对刺苦草的胁迫,生物炭与刺苦草联合对水体Cu的吸附效果优于单独使用刺苦草,但生物炭中磷的释放对水体会产生潜在风险。     

醋糟生物炭对水体中Pb(Ⅱ)吸附的影响

以醋糟为原料在700℃绝氧条件下制得醋糟生物炭,对比研究了醋糟炭化前后对水体中Pb(Ⅱ)的吸附效果与特性。采用比表面分析仪、傅立叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对吸附质进行表征,并通过吸附试验测定了吸附质对Pb(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,在温度为298 K,p H为3~6的条件下,醋糟生物炭与醋糟对Pb(Ⅱ)达到吸附平衡的时间均为30 min,最佳投加量均为3.3 g/L。两种物质对Pb(Ⅱ)的吸附均高度拟合准二级动力学方程,吸附过程符合Langmuir模型,推测其主要为单分子层的化学吸附。与醋糟相比,醋糟生物炭具有更大的吸附容量,为68.027 mg/g,且在常温下即可表现出优异的吸附效果。由SEM和FTIR分析结果可知,醋糟生物炭孔隙结构较醋糟更为发达,且表面含有丰富的含氧官能团和芳香类化合物。     

镧改性净水污泥水热炭对水体中磷的吸附特性及底泥内源磷的固定

以净水污泥和氯化镧为原料,通过一步水热炭化同时负载镧,制备了镧改性净水污泥水热炭.采用SEM-EDS、 BET、 FTIR、 XRD和XPS对材料进行表征,考察溶液初始pH、吸附时间、吸附等温线和吸附动力学等,研究其对水体磷酸盐的吸附特性.结果表明,制备的材料相比净水污泥原泥,比表面积和孔容孔径有明显提高,磷吸附量大幅提升.吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir模型拟合对磷的最大吸附量达到72.69 mg·g^-1.主要吸附机制为静电引力和配体交换.镧改性净水污泥水热炭添加入底泥,可以有效控制底泥内源磷向上覆水的释放.分析底泥磷形态,水热炭的添加促使底泥中不稳定的NH₄Cl-P、 BD-P和Org-P向非常稳定的HCl-P转变,降低了底泥中潜在活性磷含量,同时也大幅降低了底泥中生物有效磷含量.说明镧改性净水污泥水热炭可以有效吸附去除水体磷酸盐,同时也可作为底泥改良材料,有效稳定底泥内源磷,控制水体磷含量.     

热解温度对污泥基生物炭结构特性及对重金属吸附性能的影响

鉴于污泥基生物炭作为重金属吸附剂的研究还缺乏足够的数据,为探讨不同热解温度对生物炭结构性质及其对水体重金属吸附能力的影响,在缺氧条件下于300~900℃范围内以城市污泥为原料制备生物炭,利用元素分析、比表面积测定、电位测定和红外光谱分析等方法对生物炭的理化性质和结构特征进行表征,并选用900℃生物炭进行了吸附重金属Pb、Cr和Cd的试验研究.结果表明:① 300~900℃缺氧条件下制备的生物炭产率为44.39%~69.41%,污泥呈弱酸性（pH为6.35）,热解后的生物炭呈碱性（pH为7.7~10.58）.② 900℃生物炭中w（H）、w（N）大幅降低,分别比干污泥中减少89.50%和77.16%,而w（C）降低29.22%,固碳作用显著.热解后生物炭比表面积明显增大,700和900℃生物炭比表面积分别达到58.48和87.55 m2/g,最佳制备温度为700~900℃.③ 热解后的生物炭具有大量极性基团,热解温度越高,酸性基团越少,碱性基团含量增多.④ 热解作用使生物炭zeta电位升高,吸附能力增强.⑤ 900℃生物炭吸附Pb、Cr和Cd的最佳pH为7~8,对Pb、Cr和Cd的最大吸附量分别为2.38、2.48和1.16 mg/g.⑥ 各因素对生物炭吸附重金属的影响顺序,对于Pb和Cr表现为生物炭投加量>热解温度;对于Cd,表现为生物炭投加量>pH.研究显示,污泥基生物炭对Pb、Cr的吸附能力高于Cd,影响生物炭吸附行为的主导因子为生物炭投加量,影响Pb和Cr吸附的次要因子为生物炭热解温度,而影响Cd的次要因子为pH.生物炭吸附重金属的主要机理是离子交换吸附、络合反应、表面沉淀和竞争性抑制作用.      

豆角秸秆生物炭对水中Cr（Ⅵ）吸附性能研究

为了解生物炭对水中Cr（Ⅵ）的吸附效果,本文选用蔬菜废物豆角秸秆为原材料,采用限氧升温法在400℃和700℃温度下制备了两种生物炭。并研究了投加量、初始浓度、pH值、吸附时间、温度等因素对生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响。研究结果表明,2种豆角秸秆生物炭对水中Cr（Ⅵ）均有较好的吸附率,吸附最佳条件略有不同;D400对水中Cr（Ⅵ）的最佳吸附条件为投加量8g/L,初始浓度小于40mg·L^-1,pH值2—3;D700对水中Cr（Ⅵ）的最佳吸附条件为投加量8g/L,初始浓度小于60mg·L^-1,pH值2—4;基本达到吸附平衡的时间均为60min;温度对生物炭吸附Cr（Ⅵ）的影响很小。     

稻壳生物炭吸附无机汞和甲基汞的特征研究

为了探究稻壳生物炭吸附溶液无机汞(Hg²⁺)和甲基汞(MeHg⁺)的特征,研究了不同稻壳生物炭用量和溶液pH对汞吸附的影响,及其吸附动力学和热力学特征。结果表明:当溶液中无机汞浓度为50 mg/L且pH为7.0时,施用50 mg生物炭后,生物炭对无机汞的吸附在18 h后达到平衡且最大吸附量为23.52 mg/g;当溶液中甲基汞浓度为30 ng/L且pH为4.0时,施用20 mg生物炭后,生物炭对甲基汞的吸附量在3 h后达到吸附平衡且最大吸附量为58.54 ng/g。生物炭对无机汞和甲基汞的吸附研究过程均符合准一级、准二级模型,其中准二级模型的拟合效果更好,说明该吸附作用过程更倾向于化学吸附。Freundlich和Langmuir等温吸附模型都能很好的拟合稻壳生物炭对无机汞的等温吸附,而稻壳生物炭对甲基汞的吸附符合Langmuir等温吸附模型。稻壳生物炭对总汞和甲基汞的吸附机制主要为离子交换、静电吸附、沉淀以及络合作用。研究结果可为稻壳生物炭修复汞污染环境提供理论依据。     

煤矸石改性生物炭吸附水体中磷酸盐性能研究

水体中磷的去除对控制水体富营养化具有非常重要的意义。本研究通过以固体废弃物煤矸石和秸秆为原料,制成生物炭复合材料并应用于水溶液中磷酸根的吸附。利用SEM、Zeta电位测量等分析手段对其理化性质进行表征,并对不同的影响因素进行了分析研究以确定最佳的吸附条件。在此基础上,采用不同吸附动力学和吸附等温模型对生物炭的吸附行为和机理进行了研究。结果表明,用煤矸石改性秸秆类生物炭,使生物炭性质都发生改变,比表面积、Zeta电位、电导率、产率及吸附量都显著增加,吸附条件筛选时得到700℃生物炭单位吸附量高于450℃生物炭,改性生物炭单位吸附量高于原始生物炭,油菜生物炭单位吸附量大于水稻生物炭,酸性条件下单位吸附量与溶液pH值呈负相关,因此选择改性油菜生物炭在700℃热解,采用2.5 g/L投加量吸附pH为4的溶液中磷酸根的吸附条件效果最好,单位吸附量为7.08 mg/g,吸附过程符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附模型,此吸附过程以化学吸附为主,属单分子层有利吸附。本研究开发了一种利用固体废弃物制备新型生物炭基复合材料的方法,该材料具有成本低廉、操作简单、效果显著的特点。     

制药污泥热解制备生物炭及对制药废水的吸附处理性能分析

利用制药污泥热解制备生物炭,考察ZnCl₂活化条件对生物炭吸附性能的影响,并探究生物炭对制药废水的吸附处理特性。提高ZnCl₂活化剂的浓度和浸渍比均可提升制药污泥生物炭的吸附性能,5 mol/L ZnCl₂活化剂在1:1浸渍比下获得的生物炭的比表面积达到534.91 m2/g,碘吸附值和苯酚吸附值分别达到674.61,119.12 mg/g。制药污泥生物炭对制药废水COD吸附动力学与叶洛维奇模型和拟二级吸附动力学模型较为相符,1 h内为生物炭对COD的快速吸附阶段。制药污泥生物炭投加量的提升,可提高废水中污染物去除率,在50 g/L生物炭投加量下吸附1 h,可实现66.3% COD和61.8%可吸附有机卤素（AOX）的去除。而多级吸附可在较低投加量下实现更好的污染物去除效果,1 g/L投加量下进行6级吸附可去除72.8%的COD和65.2%的AOX。这揭示了制药污泥在ZnCl₂活化条件下热解可制备高吸附性能生物炭,并展现了出色的制药废水吸附处理效果。