水生植物制生物炭对硝态氮的吸附规律研究

为在高纬度地区秋季温度条件下研究一种高效以及低值的技术去移除人工湿地中的硝酸盐氮,在秋季人工湿地中收集水生植物枯落物芦苇以及香蒲制备生物炭,并利用盐酸进行改性.通过序批实验,研究了改性水生植物生物炭对硝酸盐氮的吸附性能及影响因素,探讨了其吸附机理.结果表明,经盐酸改性的芦苇生物炭MRB与香蒲生物炭MCB表面均带正电荷,Zeta电位分别为+5.46mV与+2.31mV.MRB与MCB对硝酸盐氮吸附行为更符合准二级动力学方程(R~20.99),等温吸附曲线更好拟合Freundlich方程(R~20.98).MRB及MCB对硝酸根的最大吸附量Q_m分别为14.6661mg/g与5.5559mg/g.批量吸附实验也表明,溶液初始pH和共存阴离子会影响改性水生植物生物炭吸附硝酸盐.改性水生植物生物炭可以有效地去除来自于在秋季高纬度地区人工湿地污水中的硝酸盐.     

改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸的吸附

700℃热解温度下制备大豆秸秆生物炭,并利用酸、碱、氨基修饰和铁磁化4种方法对其进行改性,比较4种改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸的吸附性能及机制,同时考察溶液pH值、温度和添加量对吸附效果的影响,并探讨了改性大豆秸秆生物炭在提高土壤对咪唑乙烟酸吸附固定能力中的应用效果.结果表明,在pH值为2~4的酸性环境中,改性大豆秸秆生物炭吸附效果更好;相对于其他3种方法,铁磁化改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸具有更好的吸附性能,吸附符合准一级动力学模型和Langmuir模型,且Langmuir模型拟合结果表明其对咪唑乙烟酸的最大吸附量可达338.785mg/g;添加1%铁磁性改性大豆秸秆生物炭的土壤对咪唑乙烟酸吸附量提高为对照组的2.37倍.     

改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸的吸附

700℃热解温度下制备大豆秸秆生物炭,并利用酸、碱、氨基修饰和铁磁化4种方法对其进行改性,比较4种改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸的吸附性能及机制,同时考察溶液pH值、温度和添加量对吸附效果的影响,并探讨了改性大豆秸秆生物炭在提高土壤对咪唑乙烟酸吸附固定能力中的应用效果.结果表明,在pH值为2~4的酸性环境中,改性大豆秸秆生物炭吸附效果更好;相对于其他3种方法,铁磁化改性大豆秸秆生物炭对咪唑乙烟酸具有更好的吸附性能,吸附符合准一级动力学模型和Langmuir模型,且Langmuir模型拟合结果表明其对咪唑乙烟酸的最大吸附量可达338.785mg/g;添加1%铁磁性改性大豆秸秆生物炭的土壤对咪唑乙烟酸吸附量提高为对照组的2.37倍.     

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.     

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。     

羊粪生物炭对水体氨氮吸附特性研究

以山羊粪便为原料,在300℃和700℃缺氧热解条件下制备生物炭,分别记为D300和D700。使用扫描电镜表征生物炭结构特征,运用比表面积仪测定其比表面积和孔径大小,以此探究不同热解温度条件下羊粪生物炭的内部结构及比表面积特征。以水体氨氮(20 mol/L)为目标污染物,以D300和D700为吸附剂,研究不同氨氮浓度、温度、pH以及吸附剂投加量等因素对水体氨氮吸附的影响以及吸附特性。结果表明:热解温度从300℃上升到700℃,生物炭的比表面积、总孔容随之增大,平均孔径反之减小,吸附效率从15.72%提升到24.73%。羊粪生物炭吸附水体氨氮的最佳pH在6～8;通过对动力学数据进行分析,发现准二级动力学方程(R~2=0.999 1)比准一级动力学方程(R~2=0.663 3)能更好地拟合动力学数据。吸附等温曲线拟合发现Langmuir方程(R~2=0.842 74)能更好地描述氨氮在羊粪生物炭上的吸附行为。吉布斯自由能变化、焓变和熵变的计算结果表明:羊粪生物炭对氨氮的吸附过程是自发的吸热过程。700℃条件下制备的羊粪生物炭比D300拥有更好的吸附性能。     

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。     

镁改性生物炭制备条件对其氮、磷去除性能的影响

以林木废弃物为原料,通过干式热解和湿式热解,制备镁改性生物炭,并探索其对污水中氮、磷的同步去除性能。研究表明:干式混合热解和湿式浸渍热解制备的生物炭吸附效果无显著差异;MgCl_2浸渍制备改性是生物炭制备的适宜方法,浸渍浓度、热解温度、热解速度及生物炭粒径均会对吸附效果有影响;最优条件下,镁改性生物炭对氮和磷的吸附量分别为35.28,110.29 mg/g。除了吸附作用,镁改性生物炭表面形成了鸟粪石沉淀(MgNH_4PO_4·6H_2O),可作为一种缓释型炭基氮磷复合肥。     

两种生物炭的制备及其对水溶液中四环素去除的影响因素

以中药材三桠苦药渣和玉米秸秆为原料,分别在400、600和800℃下热解制备生物炭,并研究其对水溶液中四环素的去除及其影响因素.利用元素分析、傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面积分析(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对制备的生物炭进行表征;并探究热解温度、生物炭添加量、初始溶液浓度、吸附时间、溶液pH、离子强度、环境温度等因素对生物炭去除水溶液中四环素的影响;通过吸附动力学和等温吸附平衡探究两种原料制备的生物炭对溶液中四环素的吸附行为.结果表明,生物炭对四环素的吸附性能随制备温度的升高而增加,800℃制备的三桠苦药渣生物炭(EIBC800)具有最佳吸附性能.生物炭添加量、溶液pH、离子强度、吸附时间对800℃制备的三桠苦药渣生物炭(EIBC800)和玉米秸秆生物炭(CSBC800)吸附水溶液中四环素影响较大,吸附时环境温度对吸附的影响大小依赖于抗生素质量浓度.EIBC800和CSBC800对四环素的吸附行为均符合准二级动力学方程(R~2分别为0. 954 0和0. 835 5),等温吸附符合Freundlich方程(R~2分别在0. 899 1～0. 957 9和0. 973 6～0. 994 6之间),主要吸附过程为化学吸附,且吸附过程均是自发吸热的过程.通过以两种原料所制备的生物炭吸附性能对比,EIBC800吸附抗生素的能力比CSBC800更强,说明中药渣在制备生物炭去除水环境中的抗生素具有较好的应用前景.     

生物炭固定化解有机磷菌对Pb2+的吸附行为研究

分别在300、500和700℃将核桃青皮粉末限氧热解制备生物炭，以生物炭为载体固定化解有机磷菌(organic phosphorus-degrading bacteria, OPDB).通过对比不同热解温度生物炭固定化OPDB吸附Pb²⁺的效果，优选出吸附效果最佳的固定化OPDB菌剂.利用傅里叶变换红外光谱分析、扫描电子显微镜、比表面积测试法对其进行表征分析，并探讨了生物炭添加量、溶液pH和吸附温度对吸附行为的影响，结合吸附动力学与等温吸附模型探究生物炭固定化OPDB对Pb²⁺的吸附过程及机理.结果表明，500℃限氧热解核桃青皮生物炭固定化OPDB菌剂对Pb²⁺的吸附效果最佳，最适吸附条件为：温度30℃，pH为6～7，生物炭添加量为0.1 g·100 mL-1.吸附过程较符合拟一级动力学模型，且吸附30min基本达到平衡，符合Langmuir模型，属于单分子层吸附.     

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.     

镧改性生物炭对砷、镉的吸附特征研究

为研究改性生物炭对砷镉复合污染水体中镉和砷的吸附特征。本研究以牛粪、污泥、竹屑三种不同原料制备生物炭,利用镧(La)对生物炭进行改性,并采用元素分析、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等分析手段对改性前后的生物炭进行表征,结合等温吸附实验及吸附动力学实验,对比各生物炭对As (V)、Cd (II)的吸附性能并探讨其内在机理。结果表明,竹屑炭(BB)的芳香性大于牛粪炭(CB)和污泥炭(SB)。La改性使三种生物炭在热解过程中形成了酮类、酯类、羰基等含氧官能团,并在表面引入羟基。X射线光电子能谱结果显示La以氢氧化物的形式负载在生物炭表面。各生物炭对Cd (II)、As (V)的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附方程。La改性生物炭对As (V)的最大拟合吸附量达到3.47～4.51 mg/g,显著高于未改性生物炭(1.82～2.50 mg/g)(p<0.05)。在As (V)、Cd (II)吸附过程中,La改性生物炭表面的La与As (V)发生络合反应,同时Cd (II)与镧基氢氧化物发生配体交换,生成Cd (OH)₂沉淀。本研究证明了La改性有效提高了生物炭对As (V)、Cd (II)同时吸附的能力。     

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.     

氨基修饰稻壳生物炭对水溶液中铀的吸附动力学特性

为了探究NBC（氨基修饰生物炭）对U（Ⅵ）的吸附性能,通过在BC（未修饰生物炭）上负载氨基的方法得到氨基修饰生物炭,研究BC、NBC对水溶液中U（Ⅵ）的吸附特征,分析生物炭添加量、溶液pH、溶液中阴离子、初始ρ〔U（Ⅵ）〕、吸附时间和吸附体系温度等因素对U（Ⅵ）吸附的影响,筛选最优的吸附条件,并利用SEM（扫描电镜）、FT-IR（傅里叶红外光谱）、XRD（X-射线衍射）、XPS（X-射线能谱）、BET比表面积、元素分析、零点电位（Zeta电势）测定等手段表征BC、NBC的结构特征,并进一步探讨其对U（Ⅵ）的吸附机理.结果表明:①NBC的比表面积和吸附位点显著增加,对U（Ⅵ）的吸附速率和吸附量明显增加,NBC的最大吸附量（69.63 mg/g）大于BC（53.95 mg/g）. ②NBC对U（Ⅵ）吸附的最佳条件为生物炭添加量0.4 g/L、pH 6、初始ρ〔U（Ⅵ）〕20 mg/L、吸附时间1 h、吸附体系温度328 K. ③BC、NBC对U（Ⅵ）的吸附动力学均符合伪二级动力学方程,R2均为0.999;等温吸附过程均符合Sips等温吸附模型,R2均大于0.914.研究显示,NBC的吸附能力强、环境耐受性好,具有很好的应用潜力.      

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Ca Cl2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等测定表明,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,与标准卡片对比后认为可能存在Mg(OH)_2、MgO等物质.当温度为303 K,溶液pH为9. 0时,CMZZs最大吸附量为76. 92 mg·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100 min内基本达到吸附平衡,吸附过程符合假二级动力学方程,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.     

泥炭预处理吸附垃圾渗滤液中的COD

通过对泥炭改性去除水中COD进行了试验研究。探讨了磷酸、硫酸、盐酸、硝酸和氢氧化钠对COD去除效果的影响和吸附机理。结果表明,在酸、碱改性过程中,用5%的硫酸改性的泥炭去除COD的效果最佳,改性泥炭用量为每10 g/100 mL,吸附时间为60 min,pH为10的试验条件下,COD的去除率为68.5%以上,磷酸较硫酸次之,去除率为55%左右,而盐酸和硝酸较差分别为45%和38%,氢氧化钠为40%左右。并对其吸附机理进行了研究,其吸附等温线符合Freundlich型。通过扫描电镜观察泥炭表面的结构,硫酸改性后的泥炭表面结构比较粗糙,比表面积最大,与实验结果相吻合。用原子吸收法对泥炭处理前后的水样进行比较,表明泥炭对重金属也有很好的去除率。本研究为泥炭利用提供了可借鉴的思路。     

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。     

Al改性柠条生物炭对P的吸附特性及其机制

为高效利用生物质能源,以常见农林废弃物柠条为原料,在650℃、3h条件下,采用限氧热裂解法制备生物炭,通过直接修饰法用Al改性柠条生物炭,进行批量吸附P实验.利用4种等温吸附模型（Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型）和4种吸附动力学模型（准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型）以及pH值、添加量影响试验,探讨Al改性生物炭对P的吸附特性.同时,使用FTIR红外、元素分析、SEM和比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,揭示了Al改性生物炭对P的吸附机理,并对比了多种改性生物炭对P的吸附效果.结果表明：柠条生物炭（NB）对P的吸附量很低,Al改性柠条生物炭（Al-NB）最佳改性比例为0.2：1,对P的吸附量是NB的8.35倍.Langmuir模型能够很好的描述Al-NB对P的等温吸附过程;Al-NB对P的吸附动力学符合准一级动力学模型,说明其吸附通过边界扩散完成的单层吸附.Al-NB对P的理论最大吸附量为19.97mg/g,平衡时间为24h.随着添加量的增大,Al-NB对P的吸附量不断减小,去除率逐渐增加,2.5g/L为最佳添加量;最适pH为4～10,当pH=7时,达到最大;吸附P后,溶液的pH值向中性范围倾靠,有一定缓冲作用.吸附机理包括：静电吸附作用,配体交换（羟基）,P与阴离子（NO₃^-）交换,颗粒内表面络合作用等.以期为水体富营养化治理提供科学依据.     

硫脲改性猪粪生物质炭对模拟农田径流中镉和草甘膦吸附特征

为同时去除农田地表径流中的重金属和农药,利用猪粪制备未改性猪粪生物质炭（简称"未改性生物质炭"）和硫脲改性猪粪生物质炭（简称"改性生物质炭"）,分析比较硫脲改性对生物质炭的pH、元素组成、表面含氧官能团和巯基含量等理化性质的影响,并系统地研究了单一和复合污染体系中初始浓度对两种生物质炭吸附水溶液中镉（Cd）和草甘膦效率的影响.结果表明:①与未改性生物质炭相比,改性生物质炭的pH、O/C（原子比）和H/C（原子比）降低,比表面积增大,含氧官能团和巯基含量增加.②与未改性生物质炭相比,改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附能力增强,最大表观吸附量（Q_max）增加了近3倍;随着Cd和草甘膦初始浓度的增加,未改性和改性生物质炭对Cd和草甘膦的吸附量逐渐增加,增加量最高分别达18.52%和7.60%.③单一污染体系中两种生物质炭对Cd或草甘膦的吸附更符合Langmuir等温吸附模型,说明其对Cd或草甘膦的吸附机理是单分子层的吸附起主导作用.④复合污染体系中,未改性和改性生物质炭对Cd的吸附能力分别增加了25.28%和21.26%,未改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量增加了29.34%,但改性生物质炭对Cd的最大表观吸附量降低了47.28%;未改性和改性生物质炭对草甘膦的吸附能力减弱,但最大表观吸附量分别增加了2.63和3.45倍.研究显示,硫脲改性猪粪生物质炭作为一项有前景的新技术,为解决实际环境中的复合污染问题提供了经济环保的技术手段.