磁性水滑石/生物炭复合材料的制备及其对水溶液中磷的吸附性能

以芦苇秸秆生物炭为基体,制备了磁性水滑石/生物炭复合材料(Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC)。考察不同pH、Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC投加量、初始磷浓度、吸附时间以及反应温度对Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC吸附磷的影响。结果表明:Fe3O4-Mg/AlLDH/BC对磷的吸附符合准二级动力学模型和Freundlich模型,吸附过程是自发的吸热反应。在最佳的实验条件下(Fe3O4-Mg/Al-LDH/BC投加量为5.0g/L,磷初始质量浓度为20 mg/L,pH为6.0,温度为30℃,吸附时间为120 min),Fe3O4-Mg/AlLDH/BC对磷的去除率可达99.24%,该材料是一种新型高效的磷吸附材料。     

花生壳基和木屑基生物炭对离子型染料和Pb(Ⅱ)的吸附性能研究

采用花生壳和木屑为原材料分别在300、600℃限氧条件下热裂解制备4种生物炭,研究了其对阳离子型染料亚甲基蓝(MB)、阴离子型染料刚果红(CR)和重金属Pb(Ⅱ)的吸附等温线和吸附动力学效应以及生物炭上Pb(Ⅱ)的解吸再生效应。结果表明,相比Freundlich方程,生物炭对MB和Pb(Ⅱ)的吸附等温线更符合Langmuir方程。其中,生物炭对MB的吸附受到表面含氧官能团和平均孔径影响,对Pb(Ⅱ)的吸附机制以离子交换或共沉淀为主。相比Langmuir方程,生物炭对CR的吸附等温线更符合Freundlich方程,吸附机制主要以疏水作用为主。300℃热裂解花生壳制备的生物炭对MB吸附效果最好,最大吸附量达28.0 mg/g;600℃热裂解制备的生物炭对CR吸附效果最好;300、600℃热裂解花生壳制备的生物炭对Pb(Ⅱ)吸附效果均较好,最大吸附量分别为63.7、73.2 mg/g。生物炭对MB、CR和Pb(Ⅱ)的吸附基本在24 h内达到平衡,相比准一级动力学模型,吸附过程均更符合准二级动力学模型。0.1 mol/L盐酸能有效解吸4种生物炭吸附的Pb(Ⅱ)。生物炭的吸附效果和吸附机制与生物炭制备时的热裂解温度和原材料种类关系密切。     

腐殖酸对生物炭吸附水环境中雌激素的影响

以玉米秸秆为原料,通过500℃限氧裂解制备生物炭(记为500BC),并采用批量吸附实验对比500BC及腐殖酸负载后生物炭(记为500BC-HA)对于水环境中两种雌激素(双酚A(BPA)和17α-乙炔雌二醇(EE2))的吸附性能及作用机制。结果表明,腐殖酸分子可阻塞部分500BC孔隙,使500BC的孔径、孔容及比表面积下降,负载腐殖酸后,500BC的比表面积由8.43m~2/g减小至4.40m~2/g,孔径从26.1nm减小至3.2nm,孔容由0.018cm~3/g下降至0.001cm~3/g;与500BC相比,500BC-HA对BPA、EE2的吸附能力均明显降低,一方面是因为腐殖酸分子占据了500BC表面的吸附点位并堵塞部分孔隙,使其吸附能力降低,另一方面腐殖酸负载后引入更多的含氧官能团,使500BC表面疏水性降低,与雌激素间的疏水作用减弱。腐殖酸负载质量浓度为0～10mg/L时,增加负载质量浓度对500BC吸附性能影响明显,当负载质量浓度大于10mg/L时,腐殖酸在500BC表面达到饱和,继续增加负载浓度对500BC的吸附性能不再产生影响。     

银杏叶生物炭对亚甲基蓝的吸附特性

以银杏叶为原料,在700℃下热解制备银杏叶生物炭(GBBC),研究其对溶液中亚甲基蓝(MB)的吸附。考察了pH、吸附时间、GBBC投加量等对吸附结果的影响。实验结果表明:GBBC是一种很好的吸附剂,适用的pH范围宽(2~12),达到吸附平衡时间短(30min);在初始MB质量浓度为50mg/L、GBBC投加量为2.0g/L时,对溶液中MB的去除率达99.2%。吸附过程符合准一级动力学模型(R~2=0.982 9),颗粒内扩散模型拟合结果进一步表明GBBC对MB的吸附受表面吸附和颗粒内扩散共同主导。等温吸附模型拟合发现,Langmuir-Freundlich模型能很好地描述GBBC对MB的吸附行为(R~2=0.989 1)。可见,GBBC是一种去除废水中MB的高效吸附剂。     

生物炭对含氢键供体染料的吸附性能及机理

为确定染料有无氢键供体对生物炭吸附容量的影响及作用机理,制备了尿素/碳酸氢钾联合活化的玉米秸秆生物炭(KN-BC),考察其对于结构相似的亚甲基蓝(MB)与天青B(AB)的吸附容量差别及具体机制。对KNBC的表征结果表明,经处理后的生物炭疏松多孔,表面含氧官能团含量显著增加。吸附实验结果表明,Langmuir模型拟合的KN-BC对MB和AB的最大吸附量为2 268.7 mg·g^-1和4 368.5 mg·g^-1,KN-BC对含有氢键供体的AB吸附性能更好。DFT计算与机理分析结果表明,氢键供体的存在使得单个污染物分子与生物炭可以同时形成氢键和π-π相互作用,两者的协同效应增强了π电子密度,显著提高了吸附效能。以上研究结果为预测生物炭对混合染料污水的吸附提供参考。     

柚子皮制备生物炭吸附苯酚的特性和动力学

廉价的柚子皮作为原材料制备生物炭吸附剂对含苯酚废水进行吸附研究。扫描电镜结果表明,柚子皮制备的生物炭具有较好表面吸附空间结构,比表面积测定为261.69 m2/g。此外,能谱对柚子皮生物炭元素分析发现,生物炭主要含有C、O、P、K,这些是生物质特点。红外对柚子皮生物炭分析发现生物炭含有羟基、氨基、羰基、羧基、磷酸酯或者硫酸酯等活性基团,这些是吸附苯酚的特性官能团。在初始浓度为100 mg/L,投加量为3 g/L,中性pH,30℃条件下吸附30 min后柚子皮生物炭对苯酚的去除率达到76.4%。伪二级动力学方程能很好地拟合柚子皮生物炭对苯酚的吸附过程。同时,Langmiur和Freundlich等温方程在整个温度都能较好地拟合数据,在30℃时,Langmuir理论最大吸附容量可达到49.75 mg/g。通过实际废水应用实验,表明柚子皮生物炭是一种有潜力可用于高浓度含酚废水的处理的有效材料。     

改性生物炭固定异养硝化菌对水中低浓度氨氮的去除

为探究改性生物炭固定异养硝化菌对水中低质量浓度氨氮(约10 mg/L)的去除效果,从污水处理厂污泥中筛选一株异养硝化菌,分别以未改性稻壳生物炭(BC)、NaOH和H2O2改性BC为载体,用吸附法制备生物炭基微生物固定化体(分别记为BC+N3、NaOH-BC+N3和H2O2-BC+N3),开展生物炭和生物炭基微生物固定化...     

纳米铁改性生物炭制备及其对含铬废水的吸附性能

本文针对废水中Cr(Ⅵ),以市政脱水污泥为原料,通过液相还原技术成功制得纳米铁改性污泥基生物炭(nZVI/BC),并考察了nZVI/BC对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和可能的吸附机理。表征结果表明,零价铁颗粒成功负载到生物炭表面且无明显团聚现象。吸附实验结果表明,初始pH、溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度对Cr(Ⅵ)的去除效果均有显著影响。nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程可以使用伪二级(PSO)吸附动力学模型拟合。吸附等温线拟合分析结果表明,nZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附性能优于nZVI和BC。Cr(Ⅵ)的去除机制可能涉及其在nZVI/BC表面的化学还原,此外,nZVI/BC抗氧化性较强,且在一定条件下可实现再生处理。总体而言,作为一种环境友好型材料,nZVI/BC的应用为废水中Cr(Ⅵ)的去除可提供良好途径。     

重金属离子对生物炭吸附水环境中雌激素的影响

以小麦秸秆为原料制备生物炭(BC),采用批量吸附实验研究BC对水环境中雌激素双酚A(BPA)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)的吸附行为,并选用模型污染物菲作对比,探讨了重金属离子(Cu~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+))对BC吸附雌激素的影响和作用机制。结果表明:BC对污染物的最大吸附能力为菲BPAEE2,其主要吸附机制为疏水性作用、π—π电子供受体作用、孔隙填充作用等。在重金属离子存在条件下,BC对污染物的吸附明显降低,一方面是因为重金属离子与BC表面含氧官能团发生络合作用竞争吸附点位;另一方面是因为重金属离子可与周围水分子之间形成三维水合金属离子进行孔隙堵塞。Pb~(2+)对BC吸附能力的抑制作用最弱,这主要是因为Pb的水合离子半径最小,孔阻塞和竞争作用最弱。     

基于茶渣的生物炭负载零价铁对水体和土壤中Cr(Ⅵ)的修复及机理研究

利用茶渣中的残余多酚类物质,通过绿色合成法制得零价铁(ZVI),并以茶渣烧制的生物炭(BC)作为载体负载ZVI,将制得的ZVI/BC材料用于去除水体中Cr(Ⅵ)及修复Cr(Ⅵ)污染土壤。结果表明,茶渣中提取的多酚可以成功还原Fe(Ⅱ)制备ZVI,且制得的ZVI/BC复合材料具有优秀的Cr(Ⅵ)去除能力;ZVI/BC对Cr(Ⅵ)的吸附过程为单分子层化学吸附,ZVI为反应中心,其对Cr(Ⅵ)的吸附等温线符合Langmuir模型,在溶液初始pH为3时对Cr(Ⅵ)吸附性能最佳。与BC相比,ZVI/BC更能促进土壤中的铬从易被利用的可交换态、碳酸盐结合态向较难被利用的铁锰氧化态、有机态转化。ZVI/BC主要通过还原反应修复土壤和水体中的Cr(Ⅵ),同时也伴随着表面络合过程。