Ca/Mg负载改性沼渣生物炭对水中磷的吸附特性

为处理含磷废水和实现沼渣资源化利用,将农业废弃物沼渣制备成生物炭(ZZs),通过CaCL2和MgCL2溶液对其进行浸渍改性,探究改性沼渣生物炭(CMZZs)对水体中磷的吸附特征。结果表明,改性后沼渣生物炭钙镁含量分别是改性前的1.3和15.4倍;SEM-EDS、BET、FTIR和XRD等技术表明,改性未改变生物炭表面化学官能团种类,但改性后生物炭出现新的衍射峰,与标准卡片对比后可能存在Mg(OH)2、MgO等物质。当温度为303K,溶液pH为9.0时,CMZZs最大吸附量为76.92mg·g-1,是改性前的30.1倍。等温吸附实验数据符合Freundlich方程,为多层吸附。吸附动力学分析发现,改性后生物炭在100min内基本达到吸附平衡,吸附过程符合准二级动力学方程,以化学吸附为主。上述结果说明钙镁改性沼渣生物炭对于去除水中磷具有潜在价值。     

改性芦苇生物炭对水中低浓度磷的吸附特征

为吸附处理低浓度含磷废水和实现芦苇资源化利用,将湿地植物芦苇制备成生物炭,通过负载氯化铁进行改性,探究了改性芦苇生物炭对水体中磷的吸附特征.结果表明,改性后芦苇生物炭的含铁量为11.98 mg·g~(-1),是改性前的44.7倍;改性芦苇生物炭p H_(pzc)为7.49,当溶液p H为7.0时,吸附效果最好;在磷溶液浓度为4.0 mg·L~(-1)、温度为298K时,改性芦苇生物炭平衡吸附量为0.658 mg·g~(-1),是未改性生物炭吸附量的34.6倍.研究不同温度下的吸附等温线,Langmiur方程很好地拟合不同温度的吸附等温线,该吸附是单层吸附,温度升高有利于吸附.吸附热力学研究表明,ΔG~θ0、ΔH~θ0和ΔS~θ0,说明该吸附是自发、熵增的吸热过程.假二级方程很好地拟合改性芦苇生物炭吸附磷的动力学数据,初始吸附速率随初始浓度的增大而增大,该吸附主要受颗粒内扩散控制.该研究为改性芦苇生物炭用于污水处理厂和水体深度除磷提供基础数据.     

复合金属改性生物炭对水体中低浓度磷的吸附性能

通过FeCl_3和KMnO_4溶液对果壳生物炭进行浸渍改性,探索复合改性生物炭(Fe:Mn=1:1)对低浓度磷的吸附性能.结果表明,铁锰复合改性生物炭对低浓度磷的吸附效果远远大于铁改性及锰改性; SEM和FT-IR测定表明,铁锰复合改性后生物炭表面可能存在铁锰氧化物和铁氢氧化物.在磷浓度为0. 5 mg·L~(-1)、温度为298 K、固液比(mg∶L)为500时,吸附量为0. 96 mg·g~(-1).当溶液的pH为4～10,均具有较高的去除率和吸附量.等温吸附实验数据符合Freundlich方程,为多层吸附.吸附热力学研究表明,ΔG~θ0、ΔH~θ 0和ΔS~θ 0,说明该吸附是自发、熵增加的吸热过程.吸附动力学分析发现,改性后生物炭在60 min内基本达到吸附平衡,吸附过程符合准二级动力学方程,以化学吸附为主.可为天然水体和污水处理厂低浓度除磷提供理论数据支撑.     

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.     

载镁生物炭对水体中磷酸盐和植酸的吸附性能及机理分析

水体中磷的大量存在引发了水体富营养化,导致水质逐步恶化、黑臭。为了有效处理水体中的磷(主要有磷酸盐和植酸类),采用成熟竹子为原料、氯化镁为改性剂,以氮气热解法制备载镁生物炭,对水体中磷进行吸附研究,同时实现对生物炭的资源化利用。通过载镁生物炭对无机、有机磷在水体中的动力学实验和解析实验,并结合X射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱等技术研究了载镁活性炭对磷酸盐及植酸的吸附性能及机理。结果表明:载镁生物炭对两种类型磷的吸附量较单一生物炭均显著提高,对磷酸盐和植酸的吸附平衡量分别达到105,165 mg/g。载镁生物炭对2种磷的吸附动力学均符合准二级动力学拟合方程,吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程,其对有机磷植酸的最大吸附量高于磷酸盐,吸附过程受多种机理共同作用,以化学沉淀吸附为主。此外,吸附过程中载镁生物炭分别与磷酸盐、植酸生成了针状的磷酸镁水合物和非晶态的含镁磷的复合物。     

酸碱改性生物炭对水中磺胺噻唑的吸附性能研究

以马铃薯茎叶为原料,采用限氧裂解法制备生物炭,通过H2SO4和KOH处理制备酸、碱改性生物炭.应用比表面积法(BET)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)研究了改性前后3种生物炭的结构与性质,并通过单因素实验研究了吸附时间、温度、磺胺噻唑初始浓度、p H值等因素对原始及酸碱改性3种生物炭吸附磺胺噻唑效果的影响,初步探讨了吸附机制.结果表明,3种生物炭对磺胺噻唑的吸附行为符合准二级动力学方程;酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附等温线符合Temkin模型,原炭和碱改性生物炭的吸附等温曲线符合Freundlich模型.酸改性极大的提高了生物炭对磺胺噻唑的吸附能力,最大吸附量为7.69 mg·g-1,是原炭吸附量的2.4倍;溶液p H对3种生物炭吸附磺胺噻唑影响不明显.热力学研究表明,酸改性生物炭对磺胺噻唑的吸附为自发的吸热反应.FTIR分析表明,酸改性生物炭表面有更多含氧官能团,为磺胺噻唑的吸附提供了吸附点.氢键、范德华力及偶极距力作用对生物炭吸附磺胺噻唑起到主要作用.     

改性污泥基生物炭的制备及其对Cd2+的吸附特性研究

为了提高废水中Cd~(2+)的去除效率并获得高效、低成本吸附剂,以市政污泥为原料,在300℃和500℃条件下限氧热解制备生物炭(BC300和BC500)并用NaOH进行改性(NC300和NC500)。通过元素分析、扫描电镜和傅里叶红外光谱等方法对污泥基生物炭进行表征,运用吸附动力学和吸附等温线系统研究了改性前后污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明:与未改性的污泥基生物炭相比,改性污泥基生物炭的极性降低,疏水性增强;碱改性炭表面具有更多的-CH_2-,C=O和C-O等官能团,有利于水体中Cd~(2+)的吸附; 4种污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型,NC300和NC500对于Cd~(2+)的最大平衡吸附量较改性前分别提高了2倍和1.1倍。     

生物炭的制备及其镁改性对污染物的吸附行为研究

以小麦和玉米秸秆为原料,于不同温度下制备了生物炭样品,并采用氯化镁(MgCl_2)、乙酸镁(Mg(CH_3COO)_2)和硝酸镁(Mg(NO_3)_2)对秸秆及其生物炭进行改性.通过分析各生物炭产率、pH、元素分析、比表面积、CEC、XRD及FT-IR,探究了生物炭理化性质的变化规律.各样品对氨氮、Pb(Ⅱ)及乙草胺的吸附试验结果表明:小麦秸秆经Mg(CH_3COO)_2改性后得到的生物炭的饱和吸附量最大;对3种吸附质的吸附过程均符合准二级吸附动力学方程;低浓度下吸附过程均可自发进行,对氨氮的吸附符合Langmuir模型且以离子交换作用为主,对Pb(Ⅱ)的吸附符合Freundlich模型且以离子交换作用为主,对乙草胺的吸附符合Langmuir模型且以分配、氢键和π-π电子受体供体作用为主.     

水热法制备玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附性能研究

以农业废弃物玉米叶和玉米秆为原材料,采用水热法制备生物炭,通过批试验方法考察了接触时间、污染物初始浓度、生物炭投加量、反应体系温度及溶液p H值等因素对2种生物炭吸附亚甲基蓝的影响,并对吸附规律进行了探讨.吸附动力学拟合结果发现,准二级动力学能更好地拟合吸附过程(R~2=0.9986~0.9999);颗粒内扩散方程拟合结果表明,2种生物炭对亚甲基蓝的吸附由液膜扩散和颗粒内扩散2个过程控制.玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附可以通过Freundlich方程来进行拟合(R~2=0.9898),说明吸附在生物炭表面是多分子层吸附过程;而玉米杆基生物炭对亚甲基蓝的吸附更符合Langmuir方程(R~2=0.9825),说明吸附在生物炭表面是单分子层吸附过程.与玉米杆基生物炭相比,玉米叶基生物炭具有更好的吸附性能,拟合理论最大吸附量为玉米杆基生物炭的1.25倍.     

牛粪生物炭对磷的吸附特性及其影响因素研究

以牛粪生物炭为吸附剂,采用平衡吸附法研究了牛粪生物炭对磷的吸附特征.研究了pH值、共存离子、反应温度、投加量、热解温度等对牛粪生物炭吸附磷的影响.结果表明,牛粪生物炭吸附磷的最佳初始pH值为7.0;共存离子的存在对生物炭吸附磷的影响有限;反应温度升高不利于磷的吸附;当投加量为0.1g时,对磷的去除率较为理想;热解温度升高不利于对磷的吸附.通过对实验数据进行动力学、吸附等温线及热力学分析,发现牛粪生物炭对磷的吸附动力学数据符合拟二级吸附动力学方程,Langmuir-Freundlich(R2=0.9705)和Temkin(R2=0.9556)方程能很好地描述磷在牛粪生物炭上的吸附行为.热力学分析结果显示25,35,45℃下的吉布斯自由能变化(ΔG0)分别为-17.43,-15.98,-15.89kJ/mol,表明牛粪生物炭对磷的吸附是自发的过程.     

包埋固定化海洋硅藻吸附材料的制备及其对水中铅离子的吸附特性研究

采用海藻酸钠(SA)凝胶包埋法对海洋硅藻藻粉进行固定化,考察了藻粉用量、海藻酸钠浓度、Ca Cl2质量分数、交联时间及小球粒径对固定化小球吸附铅离子性能的影响,并研究了这种吸附材料对Pb~(2+)的吸附特性.结果表明,固定化海洋硅藻生物吸附剂的最佳制备条件为:藻粉用量5.0 g/100 m L SA、海藻酸钠浓度20 g·L~(-1)、Ca Cl2质量分数0.5%、交联时间1 h、小球粒径2.8 mm左右.Langmuir等温吸附模型能够较好地描述固定化小球吸附对Pb~(2+)的等温吸附特征,R2为0.9983,最大理论吸附量为833.33 mg·g~(-1).准二级动力学模型能够较好地拟合固定化小球吸附Pb~(2+)的动力学过程,理论平衡吸附量为714.29 mg·g~(-1),与实验所得平衡吸附量706.55 mg·g~(-1)较为接近.固定化小球吸附Pb~(2+)的适宜初始p H值为4~5.Na Cl、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2对固定化小球的吸附性能有一定的促进作用.本研究所制固定化海洋硅藻球形吸附材料对Pb~(2+)的吸附容量明显优于大部分研究所报道的固定化生物吸附剂,是一种很有潜力的生物吸附材料.     

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...     

胺硫改性生物炭对水溶液中不同重金属离子的吸附特性及吸附稳定性

以玉米秸秆为原料热裂解制备生物炭,利用二乙烯三胺和二硫化碳,通过酸化氧化,曼妮希反应胺基改性、二硫化碳巯基取代对生物炭进行胺硫双基团改性,研究胺硫改性生物炭（BC-SN）对Pb²⁺、Ni²⁺及Cd²⁺在单一和三元体系下的吸附特性和吸附稳定性.表征分析证实了生物炭表面胺硫双基团改性成功,且具有比表面积大、表面官能团丰富的特点.对吸附过程进行了pH值、吸附剂投加量和吸附平衡时间的研究.结果表明,单一体系下,吸附平衡时间为4 h,最佳投加量为1、0.8和1.2 g·L^-1,吸附满足准二级动力学方程;三元体系下,吸附平衡时间缩短到1.5h,最佳投加量为0.4、1.6和0.8 g·L^-1,选择吸附顺序为Pb²⁺ > Cd²⁺ > Ni²⁺,吸附总量为0.67 mmol·g^-1,均大于单个重金属离子的吸附量,说明BC-SN对3种重金属离子共存下的污染水体处理效果更好.Pb²⁺和Cd²⁺的吸附以重金属硫化物和螯合氨基形式稳定结合,Ni²⁺的为多种官能团的混合吸附;Pb²⁺和Cd²⁺竞争吸附时结合能更高,吸附稳定性强.     

木屑生物炭在雨水径流中的氮磷淋出和吸附特性

现阶段生物滞留系统的填料存在氮磷营养素淋出及吸附净化效果不稳定的问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统过滤层填料的可行性,选用传统填料（椰糠、堆肥、陶粒和火山石）作为对比材料,通过理化性质测试、批量淋洗实验、等温吸附和解吸实验,研究木屑生物炭的基本性质、淋出特性和吸附特性,探究木屑生物炭对生物滞留系统的优化效果与改良机制.结果表明,经高温热解生成的木屑生物炭具有疏松和多孔的特性,饱和含水率为195.65%,持水效果好;热解后木屑生物炭表面的氮磷元素转换为稳定的化合物,在批量淋洗实验中其氮素淋出量低、淋出速度快,磷素淋出滞缓但在人造雨水径流的淋洗中保持线型负值增长,吸附效果稳定;在典型雨水径流浓度（2mg·L^-1的NH₄⁺及2mg·L^-1的PO₄^3-）下,木屑生物炭可吸附34.6mg·kg^-1的NH₄⁺和59.5mg·kg^-1的PO₄^3-,具有突出的综合吸附能力;NH₄⁺及PO₄^3-吸附平衡后的木屑生物炭在去离子水中的平均解吸率为21.23%和17.43%,吸附效果稳定.综上所述,木屑生物炭的施用可解决填料营养盐过剩淋出的问题,且具有较好的氮磷吸附效果,可用作生物滞留系统的填料解决雨水径流污染问题.     

NaHCO3活化荞麦皮生物炭对碘帕醇的吸附

采用NaHCO₃活化荞麦皮生物炭,优化得到生物炭0.25N-BC[m（NaHCO₃）：m（荞麦皮）=0.25：1],通过SEM、BET、XRD、Raman、FTIR和XPS等方法进行表征,分析NaHCO₃对生物炭理化性质的影响,探究其对非离子型碘代X射线造影剂碘帕醇（IPM）的吸附性能和机制.结果表明,与荞麦皮生物炭相比（BC）,NaHCO₃活化生物炭的结构缺陷程度更高（比表面积和孔体积分别由480.40 m²·g^-1和0.29 cm³·g^-1增至572.83 m²·g^-1和0.40 cm³·g^-1,I_D/I_G是BC的1.22倍）,表面含碳和含氧官能团数量发生显著变化,极性增强[（N+O）/C由0.15增至0.24],能够有效吸附IPM,0.25N-BC对IPM最大吸附量达到74.94 mg·g^-1,是BC （7.88 mg·g^-1）的9.51倍.拟二级吸附动力学和Langmuir、Freundlich等温线模型可很好地拟合0.25N-BC对IPM的吸附,吸附过程主要以化学吸附和单层、非均质多层吸附为主;孔隙填充、氢键、π—π和n—π相互作用是0.25N-BC吸附IPM的主要机制.对比不同碱[KOH、Na₂CO₃、NaHCO₃、KHCO₃和Ca （HCO₃）₂]活化荞麦皮生物炭对IPM的吸附,0.25N-BC吸附效率高,达到吸附平衡时间短,能有效去除实际水体（二沉池出水和湖水）中IPM的残留,并具有良好的循环使用性能,吸附-解吸3次后对IPM的去除率仍保持在74.91%.研究表明NaHCO₃活化荞麦皮生物炭是一种绿色有效,可持续去除含碘有机物的优良吸附剂.     

改性污泥基生物炭的性质与重金属吸附效果

为提高污泥基生物炭在高钙溶液体系中对重金属阳离子的吸附能力,将Fe₂O₃、MnO₂、ZnO与市政污泥以质量比1 ∶10（以过渡金属元素质量计）混合共热解,制备改性生物炭;表征改性生物炭的组成、官能团分布和表面性质,考察其对典型重金属阳离子Cd²⁺的吸附效果.过渡金属氧化物可促进污泥的热解,改性生物炭的H/C原子比均低于0.31,碳链裂解脱氢更彻底.改性生物炭中Fe、Mn保留较好,分别主要以单质和氧化物形态存在;而Zn流失较多.改性生物炭中的孔隙以介孔为主,平均孔径约3.8 nm,比表面积在50 m²·g^-1以上.初始浓度约200 mg·L^-1的Cd²⁺溶液中,Ca²⁺初始浓度从0 mg·L^-1升高到约200 mg·L^-1,Fe改性生物炭对Cd²⁺的吸附容量从43.17 mg·g^-1降至27.88 mg·g^-1,但仍较未改性生物炭高10 mg·g^-1以上,在含钙溶液体系中表现出了对Cd²⁺更强的吸附性能.Fe₂O₃较MnO₂和ZnO对市政污泥基生物炭吸附重金属的强化效果更好.     

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。     

施加生物炭对河流沿岸土吸附铜的影响机制

为探究生物炭施加对河流沿岸土吸附铜的影响机制,采集嘉陵江流域(川渝段)内苍溪(CX)、南部(NB)、嘉陵(JL)和合川(HC)沿岸土表层(S,0～20 cm)、亚表层(D,20～40 cm)共8种土样,分别将1%(质量比)生物炭(B)加入到8种土样中形成混合土样(CX_(SB)、NB_(SB)、JL_(SB)和HC_(SB); CX_(DB)、NB_(DB)、JL_(DB)和HC_(DB))。以原始土样作为对照,批处理法研究各供试土样在不同温度、pH和离子强度下的Cu~(2+)吸附和热力学特征,并分析Cu的吸附形态。结果显示:(1)各供试土样对Cu~(2+)的等温吸附都适用Langmuir模型描述,Cu~(2+)的最大吸附量q_m在62. 20～363. 64 mmol/kg之间,S层土样对Cu~(2+)的吸附量均呈现JL NB CXHC的趋势,而D层土样呈现JL CX NB HC的趋势。施加生物炭有助于增强D层土壤对Cu~(2+)的吸附。(2) 20～40℃范围内,各供试土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而升高,表现为增温正效应。热力学参数结果表明各混合土样对Cu~(2+)的吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。(3) pH的升高有利于各供试土样对Cu~(2+)的吸附。随着离子强度的增加,各混合土样(HC_S和HC_D除外)对Cu~(2+)的吸附量均呈现先增后降的趋势,0. 1 mol/L时最大。(4)土样中吸附的铜主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜存在,生物炭的施加增加了土样中可交换态(HC除外)和有机结合态铜含量,而对碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜影响较小。供试土样对Cu~(2+)的q_m主要是由CEC和比表面积决定的。     

区域水化学条件对淮南采煤沉陷区水域沉积物磷吸附特征的影响研究

在淮南潘谢采煤沉陷区水域的潘集(PJ)、顾桥(GQ)、谢桥(XQ)各选一研究站点,研究区域水化学条件下溶液离子组分对表层沉积物磷(P)吸附特征的影响.等温吸附实验分别在纯水、NaCl、CaCl2、NaHCO3和NaHCO3+CaCl2共5组环境溶液中进行,其中前4组设置为探讨各组分对P吸附的单独作用,最后1组代表各组分的综合作用.结果表明,环境溶液设置对P的吸附特征有重要影响,Ca2+能显著增强沉积物对P的吸附潜能,而弱碱性环境(NaHCO3组)则不利于沉积物对P的吸附,实际水化学条件下的作用则表现为二者的综合,但Ca2+增强作用要显著大于碳酸盐弱碱性缓冲体系的弱化作用.3个站点沉积物P的零吸附平衡浓度(EPC0)的均值分别为0.059、0.032和0.040 mg·L-1,总体上有向水体释磷的趋势,PJ站点释放潜能要高于GQ和XQ站点,与研究水域营养水平密切相关.由于特殊的沉积环境,研究水域P释放潜能比富营养化程度较高的湖泊要弱,接近于营养水平较低的水体.