不同部位梧桐生物质炭对水溶液中镉吸附的机理

为了探究梧桐不同部位废弃物所制备的生物质炭(皮、枝、叶)对Cd²⁺的吸附效率和稳定修复的机理,以此为园林废弃物炭化利用在重金属污染修复方面的应用提供科学依据.利用实验室模拟法,通过高温煅烧法制备梧桐不同部位生物质炭,采用元素分析仪、比表面积及孔隙分析(BET)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜/能谱(SEM/EDS)及衰减全反射红外光谱(ATR-IR)等技术研究不同反应时间、重金属浓度和溶液初始pH条件下生物质炭对Cd²⁺吸附效果的影响,并运用四步萃取法和脱附实验分析生物质炭上Cd²⁺的吸附形态和稳定性.3种生物质炭都在8 h左右达到吸附平衡,最终吸附量依次为树皮炭>枝条炭>叶片炭;溶液初始浓度为0.5—2 g·L^-1时Cd²⁺的吸附量呈增长趋势,在2.5—3g·L^-1时逐渐平缓;生物质炭Cd²⁺吸附量均随着pH的升高而升高,但在pH值为5—8时,吸附的趋势逐渐平稳;树皮炭的酸溶态和非生物利用态的稳定Cd形态要高于枝条炭和叶片炭;比表面积不是影响梧桐生物质炭吸附Cd²⁺的主要影响因素,吸附动力学,ATR,XRD和重金属形态萃取均证实Cd碳酸盐类矿物生成是主导吸附机理;3种生物质炭的脱附量在4 h后逐渐趋于平衡,其中脱附量最大为叶片炭,最小为树皮炭.梧桐不同部位的初始性质对生物质炭吸附Cd²⁺具有明显的影响,其中梧桐皮具备更高的吸附量和重金属稳定形态,并且相比其他种类生物质炭有明显优势.因此,从吸附效果和生产成本的角度,本研究建议以梧桐皮为主,枝条和叶片为辅的生物质炭对重金属Cd进行修复治理.     

不同粒径污泥生物质炭对水体中Zn污染的吸附效应研究

为了探究3种不同粒径的污泥生物质炭(S1:大粒径 0.165 mm;S2:中粒径为0.025～0.165 mm;S3:小粒径0.025 mm)对Zn的吸附效率和固化稳定的机理,以此为污泥生物质炭在水污染控制方面的应用提供科学依据.利用实验室模拟法,研究不同反应时间、溶液初始pH和重金属浓度对生物炭吸附效果的影响,并运用四步萃取法分析生物炭上Zn的吸附形态.结果表明:①生物炭在4 h左右达到吸附平衡,吸附率呈先增加后平缓的趋势,最终吸附量S1S2S3;②溶液初始浓度为0～2 mmol·L~(-1)时Zn~(2+)的吸附量呈线性增长趋势,但随溶液浓度超过2 mmol·L~(-1)时吸附量开始趋于饱和;③3种不同粒径生物炭的水溶性组分Zn分别占总萃取量的1.70%、5.02%和7.47%,可交换态组分分别占25.27%、32.35%和27.29%,酸溶性组分分别占35.06%、38.63%和27.90%,非生物利用组分分别占37.97%、24.00%和37.34%.④污泥生物质炭的动力学吸附特征更符合准二级动力学吸附模型,单位质量的污泥生物质炭粒径越小吸附量越大;⑤污泥生物质炭的等温吸附特征更符合Langmuir模型,小粒径的生物质炭最大吸附量最优;⑥在酸性条件下随着pH的上升污泥生物质炭的吸附率在逐渐增加,碱性条件下吸附率的增加可能是形成锌的络合物沉淀导致的;⑦Zn的吸附形态以酸溶性和非生物利用态为主,水溶性占比较小.污泥生物质炭对Zn的吸附以化学吸附为主,S1吸附的Zn酸溶性组分和非生物利用组分占比最大,吸附效果较为稳定.     

炭基-Co3O4复合材料活化过一硫酸盐降解阿特拉津

利用水热浸渍法制备了生物炭基-Co₃O₄复合材料（Co-OB）,采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪（ATR-IR）等手段对Co-OB进行表征,并研究了其活化过一硫酸盐（PMS）降解阿特拉津（ATZ）的性能,探究了PMS投加量、腐殖酸（HA）和Cl^-对ATZ降解的影响.结果表明,在Co-OB活化投加量0.025g/L,PMS浓度200μmol/L,ATZ浓度20μmol/L,室温条件下10min内ATZ的去除率为86.3%,与生物炭（OB）和Co₃O₄相比,其去除率为后两者之和的2.2倍.随着PMS浓度增加,ATZ去除率显著提高.Cl^-、HA的存在抑制了ATZ的降解,且随Cl^-、HA浓度增加,抑制程度增大.自由基猝灭实验表明·OH和SO₄·^-是ATZ降解的主要活性物种.通过液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）分析出6种中间产物,并推测出ATZ的降解途径.稳定性实验表明Co-OB具有重复使用性及低Co²⁺溶出.     

炭基-Co3O4复合材料活化过一硫酸盐降解阿特拉津

利用水热浸渍法制备了生物炭基-Co₃O₄复合材料（Co-OB）,采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪（ATR-IR）等手段对Co-OB进行表征,并研究了其活化过一硫酸盐（PMS）降解阿特拉津（ATZ）的性能,探究了PMS投加量、腐殖酸（HA）和Cl^-对ATZ降解的影响.结果表明,在Co-OB活化投加量0.025g/L,PMS浓度200μmol/L,ATZ浓度20μmol/L,室温条件下10min内ATZ的去除率为86.3%,与生物炭（OB）和Co₃O₄相比,其去除率为后两者之和的2.2倍.随着PMS浓度增加,ATZ去除率显著提高.Cl^-、HA的存在抑制了ATZ的降解,且随Cl^-、HA浓度增加,抑制程度增大.自由基猝灭实验表明·OH和SO₄·^-是ATZ降解的主要活性物种.通过液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）分析出6种中间产物,并推测出ATZ的降解途径.稳定性实验表明Co-OB具有重复使用性及低Co²⁺溶出.     

溶磷微生物改性生物炭吸附重金属的机理研究

利用磷溶菌（PSB）对稻壳（RB）和污泥（SB）生物炭进行不同时间的改性,研究了其对水体中Pb²⁺和Cd²⁺（1000mg/L）的修复机制.主要通过测定改性生物炭的理化特性和重金属含量,并利用结构方程模型研究了微生物改性生物炭对重金属的吸附机理.结果表明,PSB显著改善生物炭的孔径结构、比表面积BET （增加了12.5%~175.0%）和表面官能团.特别是还增加了生物炭中C和P元素的释放,促进了生物炭表面的生物矿化机制.PSB改性显著提高了生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附作用（RB提高：Pb²⁺=9.5%~34.5%,Cd²⁺=34.7%~219.9%,SB提高：Pb²⁺=65.3%~101.3%,Cd²⁺=106.6%~248.6%）.通过Pb和Cd的修复差异,发现不同重金属对微生物的胁迫是导致改性生物炭对重金属的修复反应路径相反的原因.此外,结构方程模型证实6~12h的PSB改性效果最好,且BET不是主要影响因素.不同的生物质炭改性后的修复机制也存在明显差异,孔径结构（R_max²=0.99）是改性RB的主要吸附途径,化学沉淀（R_max²=0.99）是改性SB的主要吸附途径.