铅在棉秆基活性炭上的吸附动力学与热力学

以棉秆与棉秆纤维为原料,利用磷酸活化法制备了低成本的高比表面微孔棉秆基活性炭,通过静态实验研究了活性炭对水溶液中铅的吸附特性,测定了溶液pH值、吸附时间、溶液温度对吸附的影响,探讨了吸附动力学、热力学及吸附机制.根据低温液氮(N2/77K)吸附测定数据,以BET方程、BJH法及H-K法对活性炭孔结构进行了表征,以Boehm滴定、FTIR、零电荷点pHPZC测定及元素分析定量表征活性炭表面含氧官能团.结果表明,以棉秆和棉秆纤维为原料制备的活性炭的比表面积分别为1570和1731m2·g-1,含氧酸官能团含量分别为1.43和0.83mmol·g-1,均高于商业活性炭ST1300.静态吸附实验表明,棉秆基活性炭对铅有较大的吸附容量和吸附效率,最大吸附量超过120mg·g-1,溶液pH对吸附有较大的影响,吸附量随时间增大而增大,在5min内可达饱和吸附量的80%;吸附动力学数据符合假二级方程,Freundlich方程能更好地描述等温吸附行为;热力学研究表明,吸附吉布斯自由能(ΔG0)0,而焓变(ΔH0)0,说明吸附为吸热的自发反应过程,升温有利于吸附,离子交换可能在吸附过程中起了重要作用.     

高比表面微孔活性炭的制备及其对对硝基苯胺的吸附

以互花米草与棉秆为原料,以KOH为活化剂,制备了高比表面微孔活性炭,利用氮气吸附、红外光谱FT-IR、扫描电子显微镜SEM等技术对活性炭表面物化性质进行了表征与分析,并通过静态实验测定了其对对硝基苯胺的吸附性能。结果表明,在KOH与植物茎秆碳化料的质量比为3∶1、温度为800℃、活化时间为1.5 h条件下,制备的棉秆活性炭CS-AC和互花米草活性炭SA-AC的BET比表面积分别为2 135和2 825 m2/g,H-K微孔容积分别为1.09和1.19 cm3/g,有80%以上的孔分布在2 nm以内。静态吸附实验表明,2种植物基活性炭对对硝基苯胺有较强的吸附能力,Langmu ir最大吸附量超过700 mg/g。吸附受溶液pH影响较大,Frend lich方程能较好地描述静态吸附平衡数据。     

微波辐射棉秆制备优质活性炭研究

研究了以棉秆废料为原料，采用微波辐射氯化锌法制备活性炭的可行性，探讨了微波功率、活化时间及氯化锌浓度对产品活性炭各项指标的影响。得到了微波辐射氯化锌法制备活性炭的最佳工艺：微波功率560W、活化时间6min、氯化锌浓度50％。用此工艺条件制得的活性炭碘吸附值：1030．2mg／g、亚甲基蓝脱色力180mL／g、得率36．82％。工艺所需活化时间为传统方法的1／36，产品活性炭吸附性能超过了国家一级标准。该工艺方法为农村棉秆资源的综合开发利用找到了新的途径。     

高比表面植物基活性炭吸附水中对硝基苯胺的性能及影响因素

以互花米草与棉秆为原料,以KOH为活化剂,制备了2种低成本高比表面微孔植物基活性炭SA-AC和CS-AC,通过静态实验研究了其对水溶液中对硝基苯胺的吸附特性,测定了溶液pH值、吸附剂剂量、溶液温度对吸附的影响,并探讨了等温吸附行为及其热力学性质.结果表明,在KOH与炭化料的质量比(剂料质量比)为3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1.5 h条件下,活化制备的互花米草活性炭SA-AC和棉秆活性炭CS-AC的比表面积分别为2 825 m2.g-1和2 135 m2.g-1,微孔容积分别为1.192 cm3.g-1和1.011 cm3.g-1,对水溶液中对硝基苯胺的Langmuir最大吸附量分别为719和716 mg.g-1,远高于商业活性炭ST1300.溶液pH值和温度对吸附有较大影响,在低温及中性条件下有利于制备活性炭对水溶液中对硝基苯胺的吸附.Freundlich与Redlich-Peterson模型能很好地描述对硝基苯胺在2种活性炭上的吸附行为;热力学研究表明,吸附标准吉布斯自由能变ΔG0与标准焓变ΔH0均为负值,表明对硝基苯胺在这2种活性炭上的吸附属于自发的放热吸附过程;吸附标准熵变ΔS00,说明对硝基苯胺在活性炭表面上的迁移比在溶液中受到了更大的限制.     

棉秆对生物沥滤后酸化废水中铜离子的吸附动力学研究

为揭示生物质废弃物棉秆对生物沥滤后酸化废水中铜离子的吸附动力学特性,研究了棉秆作为吸附剂在不同温度下对酸化废水中铜离子的吸附动力学过程,以及棉秆对不同铜离子质量浓度酸化废水的吸附平衡效果。结果表明,伪一级动力学方程可以较好地描述棉秆对铜离子的吸附动力学特征,且在(30±1)℃条件下吻合度最好,表明铜离子质量浓度是棉秆吸附过程的主要影响因素。同时,在标准溶液、酸化废水和稀释废水3种情况下,Freundich方程能更好地解释棉秆对铜离子的吸附平衡,且3种情况下1/n相差不大,表明铜离子吸附过程受其他离子的影响不大。研究表明,棉秆的吸附能力可以满足酸化废水中铜离子去除的要求,且能在较短时间内吸附较高浓度的铜离子。     

棉秆炭对碱性水稻土壤-水稻中镉迁移转化的阻控作用

为研究棉花秸秆生物质炭添加对碱性水稻土壤-水稻体系中镉迁移转化的影响,通过室外盆栽试验,以水稻品种特丰优2号为试验材料,在添加外源镉含量为0、1、4和8 mg·kg^-1的碱性水稻土中分别施入炭土质量比分别为0%、1%、2.5%和5%的棉花秸秆生物质炭,待水稻收获后,分析不同含量镉胁迫处理下,施用不同量棉秆炭对碱性水稻土壤pH、养分和水稻体内镉富集、转移情况及镉在土壤中的赋存形态的影响.结果表明：①添加棉秆炭可以显著提高土壤养分（P<0.05）,其中5%量的棉秆炭添加后,相比于对照组土壤有机质增加了25.74~47.53%,速效钾提高了3.16~4.25倍.②施用生物质炭可以显著降低土壤及水稻体内镉含量（P<0.05）,尤其5%量的棉秆炭施用后,Cd4和Cd8含量下糙米镉含量分别由0.31 mg·kg^-1和0.43 mg·kg^-1降低到0.15 mg·kg^-1和0.10 mg·kg^-1,达到国家标准范围.生物质炭可以显著降低镉在土壤-水稻体系的富集、转移系数,并使残渣态镉含量增多,弱酸提取态、可还原态、可氧化态镉含量显著降低（P<0.05）.③土壤pH、电导率和养分各指标与水稻体内镉含量和土壤中弱酸提取态、可还原态和可氧化态镉含量有极显著负相关关系,与残渣态镉含量呈正相关关系（P<0.05）.上述研究结果说明,棉秆炭的施用可增加土壤养分,对碱性水稻土和水稻体内镉的富集、转化有显著的阻控作用.     

富含中孔与酸性基团的生物质炭的制备与吸附性能

以棉秆基生物质纤维为原料,采用磷酸一步活化法制备了同时富含中孔与含氧酸官能团的新型高比表面棉秆纤维基生物质活性炭,分析了浸渍比、炭化温度及保温时间等操作参数对活性炭纤维组成、得率、孔结构及表面官能团含量的影响,测定了制得的棉秆纤维基活性炭对水中对Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的等温吸附性能,并初步探讨了其吸附机制.结果表明,棉秆纤维基生物质炭孔结构与含氧酸基团因制备条件不同有较大变化,实验条件下制备的棉秆基活性炭纤维产率、中孔孔容与比表面的最大值分别为35.5%、0.91 cm3·g-1、1731 m2·g-1;在3∶2的浸渍比,600℃活化90 min的工艺条件下,制备的样品ACF-01的总孔孔容达1.02 cm3·g-1,比表面积为1 731 m2·g-1,微、中孔比例分别为66%与31%,中孔集中在5 nm以内,富含含氧酸官能团.样品ACF-01对水中Pb(Ⅱ)与对硝基苯胺的Langmuir最大吸附量分别为123 mg·g-1和427 mg·g-1,吸附性能远高于微孔孔容相近的商业活性炭纤维ACF-CK,这表明活性炭ACF-01的中孔和含氧酸官能团在吸附过程中发挥了重要作用.     

棉秆炭调控对碱性镉污染水稻根际土壤真菌群落结构和功能的影响

为研究棉秆炭对碱性镉污染水稻根际土壤真菌多样性、结构及功能的影响,采用室外水稻盆栽试验,在土壤中添加了0、 1和8 mg·kg~(-1)的镉和炭土质量比分别为0%、 1%和5%的棉花秸秆生物质炭,以水稻成熟期根际土壤为研究对象,借助Illumina HiSeq高通量测序手段分析棉秆炭与镉污染条件对碱性水稻根际土壤真菌群落多样性、结构及潜在功能的影响,探寻不同土壤环境因子与真菌群落结构间的关联性.结果表明:①施用棉秆炭显著提高了土壤pH、速效养分和有机质等指标,并降低土壤中可还原态镉的含量(P0.05).②水稻根际土壤真菌菌门分布主要为子囊菌门、Aphelidiomycota门和壶菌门,占所有菌门的57%.菌属分布主要为被孢霉属、链格孢属和镰刀菌属.各处理间真菌群落α-多样性差异显著(P0.05).未添加棉秆炭处理下(C0),镉浓度的增加降低了土壤中壶菌门、被孢霉属和链格孢属的相对丰度和真菌多样性指数(Shannon指数).在不同浓度镉处理下(Cd0、 Cd1和Cd8),增加棉秆炭会降低真菌群落丰富度指数(Chao1指数)和Shannon指数.镉污染导致土壤中壶菌门相对丰度增多,却使子囊菌门丰度下降,施用棉秆炭可显著提升壶菌门的相对丰度(P0.05).镉污染使被孢霉属和链格孢属丰度下降,但是施用棉秆炭可使链格孢属相对丰度增多.增加棉杆炭施用量,土壤中会存在更多的内生菌、植物病原体和腐生菌;而镉污染程度增加会减少土壤中内生菌、植物病原体和腐生菌.③影响真菌群落多样性及结构的主要环境因子有土壤速效钾、有机质和pH.水稻土壤镉含量中占比最大的可还原态镉与轮形动物门、Aphelidiomycota门和子囊菌门呈显著正相关(P0.05),但与其它菌门呈负相关(P0.05).研究结果说明棉秆炭在碱性镉污染土壤微生态调控方面具有一定的作用.     

棉秆炭对镉污染土壤的修复效果

采用盆栽方法,研究了棉秆炭对镉污染土壤的修复效果及对镉污染土壤上小白菜(Brassica chinensis)镉吸收的影响.结果表明:以微孔为主的棉秆炭能够通过吸附或共沉淀作用降低土壤中镉的生物有效性.在轻度镉污染时,棉秆炭处理土壤对镉的吸附速率较快,随着镉污染程度的增加.吸附速率逐渐减慢,吸附量逐渐增加.棉秆炭能够明显降低镉污染土壤上小白菜可食部和根部的镉积累量,可食部镉质量分数降低49.43%～68.29%,根部降低64.14%～77.66%,说明棉秆炭具有修复土壤镉污染,降低蔬菜镉含量的作用,可提高蔬菜品质.